(57)【要約】【課題】金属製の管材に簡単な冷間塑性加工を施すことにより、偏芯した小径部を容易かつ確実に一体成形できるようにする。【解決手段】金属製の管素材７にテーパ部１０とそれに連続し非同軸の小径部９を形成する金属管の加工方法であって、テーパ部１０とそれに連続する同軸の小径部９が形成された管素材７の本体部８と小径部９を各々把持部材１，２にて堅持し、両把持部材１，２を管軸と非直角方向へ相対的に移動させて非同軸の小径部９を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の管素材にテーパ部とそれに連続し非同軸の小径部を形成する金属管の加工方法であって、テーパ部とそれに連続する同軸の小径部が形成された管素材の本体部と小径部を各々把持部材にて堅持し、両把持部材を管軸と非直角方向へ相対的に移動させて非同軸の小径部を形成することを特徴とする金属管の曲げ加工方法。
【請求項２】
前記本体部と小径部の少なくとも一方にマンドレルを内挿し、該マンドレルを、把持部材と同期して移動させることを特徴とする請求項１記載の金属管の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属管の曲げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の構造部材等で、本体部の軸芯に対し偏芯した小径部を一体的に有する管状部材が求められる場合がある。このような管状部材の形成方法の一例として、本体、テーパ部（プレス品）、小径部をそれぞれ溶接接続する方法が知られている。しかし、この形成方法ではコストが嵩むとともに、一体品に比べ強度及び軽量化に劣るという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために展開状の板材から偏芯管を一体形成する方法、所謂Ｕ−Ｏ造管法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、一本のパイプを偏芯、小径化させる工法として、本体部にテーパ部を介して小径加工された管素材における本体部と小径部をそれぞれ把持し、この本体部と小径部を把持している両クランプを管軸に対して直角（図４のＹ−Ｙ方向）に、かつ相対的に反対方向へ移動させて偏芯小径部を作り、その後、偏芯曲げ部を管軸方向に圧縮することでクランクを形成する工法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
更に、管素材の一方の側を第１のクランプで堅持するとともに他方の側を第２のクランプで緩着状（ルーズに）に把持し、管軸に対して斜め方向へ、かつ、相対的に反対方向へ両クランプを移動させて偏芯部を形成する工法が開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平７−６３７５８号公報
【特許文献２】特開昭５６−３６３５３号公報
【特許文献３】特許第３００００１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の形成方法では強度的には満足できるものの、大きな型が必要であるためコストの問題は解消できない。
【０００７】
また、上記特許文献２の形成方法によれば、実長が短い側のテーパ部に座屈が発生する可能性が極めて高い。これを、図４にて説明すると、偏芯加工前においては図４（ａ）に示すように反偏芯加工側テーパ部１１と偏芯加工側テーパ部１２との実長は共にＬ１である。そして、両クランプがＹ軸において相対的に反対方向へ移動して図４（ｂ）に示すように偏芯加工すると、前記反偏芯加工側テーパ部１１が実長Ｌ１からＬ２に、Ｌ４分伸長され、また、偏芯加工側テーパ部１２は、偏芯加工途中における本体部８の延長線上に位置した時点ではその実長Ｌ３がＬ３＜Ｌ１となり、Ｌ５の長さだけ縮小し、圧縮される。したがって、反偏芯加工側テーパ部１１には伸長力が作用するためその加工上の問題は少ないとしても、偏芯加工側テーパ部１２においては圧縮力が働き、その結果、座屈を招く問題がある。
【０００８】
したがって、管軸に対して直角かつ相対的に反対方向へクランプを移動させる工法では、形成できる偏芯小径部は偏芯量の少ないごく限られた形状になってしまい、実用的ではない。
【０００９】
更に、上記特許文献３の形成方法によれば、本体に対し偏芯部分の長さを際限なく形成可能であるが、偏芯部分も同径でなければ成立しないので、上記の問題の解決にはならない。
【００１０】
以上のことから、簡単な冷間塑性加工によって偏芯小径部を一体形成できる技術が望まれており、更には、偏芯に限らず傾斜や捩れの関係も形成できればなお望ましい。
【００１１】
そこで本発明は上記の問題を解決し、上記の要望に応えることができる金属管の曲げ加工方法を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、金属製の管素材にテーパ部とそれに連続し非同軸の小径部を形成する金属管の加工方法であって、テーパ部とそれに連続する同軸の小径部が形成された管素材の本体部と小径部を各々把持部材にて堅持し、両把持部材を管軸と非直角方向へ相対的に移動させて非同軸の小径部を形成することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、中間素材である管素材の本体部と小径部を堅持した両把持部材を管軸と非直角方向へ相対的に移動させることによって、テーパ部における偏芯加工側の実長を短くすることなく、すなわち圧縮力を働かせることなく、非同軸の小径部を形成することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記本体部と小径部の少なくとも一方にマンドレルを内挿し、該マンドレルを、把持部材と同期して移動させることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明においては、マンドレルによる内側からの管素材への規制によって、テーパ部以外の部分の断面変形を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、管素材に簡単な冷間塑性加工を施すことによって、テーパ部に座屈を招くことなく、本体部に対して偏芯した小径部を確実に一体成形できる。  
【００１７】
また、単なる偏芯（平行）形状はもちろん、傾斜や捩れを伴う偏芯形状も形成可能である。
【００１８】
請求項２の発明によれば、マンドレルを挿入することにより、テーパ部以外の管部の内側への流動を防止し、より正確な形状を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
本発明で加工される中間素材である管素材７、すなわち、本発明で加工される前の金属管は、本体部である大径部８とテーパ部１０と小径部９からなり、これらの管軸は共通（同軸）で一体に形成されている。
【００２０】
該中間素材である管素材７は、本発明の工程の前工程において、ダイス圧接工法等により、本体部である大径の管へテーパ面を有するダイスを管素材７の軸方向から圧接して、管素材７にテーパ部１０と小径部９を形成することで、図４（ａ）に示すような、大径部８と小径部９とテーパ部１０が一体でかつ同軸である管素材７を形成している。また、この管素材７の材質としてはＳＴＫＭ１１Ａを使用したが、この材質に限らず金属管なら他の物でも構わない。
【００２１】
また、本実施例では、大径部８の径をφ５４、小径部をφ３７、板厚をｔ１．４とした。
【実施例１】
【００２２】
管素材７を本発明によって加工するための加工装置は、図５に示すような、管素材７の大径部８を外側から把持する把持部材である第１のクランプ１と、図６に示すような、管素材７の小径部９を外側から把持する把持部材である第２のクランプ２で構成されており、該両クランプは割型となっている。
【００２３】
図５において、第１のクランプ１の一方の型１ａは管素材７の大径部８を半円分把持できるように半円状の溝１６ａが管素材７の軸方向に沿って形成されている。他方の型１ｂにも溝１６ｂが対称的に形成されている。この両型１ａ，１ｂを半円状の溝１６ａ，１６ｂが合わさるように接することで管素材７の軸方向に向かって貫通する把持穴４を形成し大径部８を強固に把持するようになっている。
【００２４】
また、第２のクランプ２も同様に、図６に示すように形成されており、一方の型２ａと他方の型２ｂには管素材７を半円分把持できるように半円状の溝１７ａ，１７ｂが管素材の軸方向に沿って形成されており、両型が２ａ，２ｂを半円状の溝１７ａ，１７ｂが合わさるように接することで管素材７の軸方向に向かって貫通する把持穴５を形成し、小径部９を強固に把持するようになっている。
【００２５】
したがって、上記第１のクランプ１と第２のクランプ２において管素材７が両把持穴４，５に渡って挿入された状態で把持されるようになっている。
【００２６】
前記第１のクランプ１と第２のクランプ２の相互に接する摺動面１ｃ、２ｃは、図１、図５及び図６に示すように、管軸と同一の軸芯Ｘ−Ｘと直交する一方向の面Ｚに対して所定の角度α傾斜した平面に形成されている。なお、両摺動面１ｃ，２ｃは同方向に傾斜している。この所定の角度αは実施例では７．３度に設定した。そして、両クランプ１，２が摺動面１ｃ、２ｃに沿って相互に相反する方向に摺動できるようになっている。
【００２７】
更に、前記第１のクランプ１の摺動面１ｃ側には、該摺動面１ｃに開口する空隙６が把持穴４に向かって所定量に、かつ、軸芯部から管の偏芯加工側に向って形成されており、管の偏芯加工における管の変形時に空隙６の存在によって管が第１のクランプ１に干渉しないようになっている。
【００２８】
また、前記第２のクランプ２は図示しない駆動手段により図１において摺動面１ｃ，２ｃ（なお、図１乃至図３において、摺動面１ｃと２ｃとからなる摺動面を符号３で示す）に沿って昇降移動するようになっている。なお、第１のクランプ１側を図示しない駆動手段により図１において摺動面１ｃ，２ｃに沿って昇降移動するようにしてもよい。
【００２９】
次に管素材からの偏芯加工工程について説明する。
まず、第１のクランプ１と第２のクランプ２を、その把持穴４，５（管軸）が同軸になる位置に配置し、かつ、それぞれの割型を左右に離反した状態で維持する。そして、図１（ａ）に示すように、第１のクランプ１の割型間に管素材７の大径部８を挿入位置させ、第２のクランプ２の割型間に管素材７の小径部９を挿入位置させ、第１のクランプ１における空隙６に管素材７のテーパ部１０を挿入位置させて、前記各割型を図示しない駆動手段で閉じ、図１（ａ）に示すように、管素材７の大径部８の外周面を第１のクランプ１の両型１ａ，１ｂにおける両溝１６ａ，１６ｂで堅固に把持し、管素材７の小径部９の外周面を第２のクランプ２の両型２ａ，２ｂにおける両溝１７ａ、１７ｂで堅固に把持する。なお、両クランプ１と２は摺動面１ｃと２ｃとで接している。
【００３０】
次に、図１の（ｂ）に示すように、小径部９を堅持する第２のクランプ２を摺動面１ｃ，２ｃに沿ってＢ方向へ、図示しない駆動手段によって少し摺動する。これにより小径部９は堅固に把持されたまま図１（ａ）の状態から右斜め下方向（管軸と非直角方向Ｂ）へ管軸を水平に維持した状態で引っ張られる。このときテーパ部１０の反偏芯加工側テーパ部１１は小径部９を右斜め下方向に引っ張る力により塑性変形して伸びる。また、テーパ部１０の偏芯加工側テーパ部１２は図４（ｂ）に示すように、基部Ｐを中心として先部Ｑ１が右斜め下方向に移動し、その先部Ｑ１は前記したようにＹ軸から小径部９側へ移動する。このとき、前記のように第２のクランプ２が第１のクランプ１と反対方向に移動することにより先部Ｑ１の移動が許容され、偏芯加工側テーパ部１２は、実長を保持して、変形するか、或いは少量だけ引っ張られて延び、圧縮されることなく下方向へ塑性変形する。
【００３１】
これにより、小径部９は右斜め下方向に平行移動し、管軸はＯＦ１だけ偏芯する。なお、平行移動するのは、摺動面３が平面だからである。
【００３２】
次に、図１の（ｃ）に示すように、前記工程と同じ操作で、さらに大きな平行移動を行う。これにより偏芯量ＯＦ２を得る。この操作で、偏芯加工側テーパ部１２は、大径部８の偏芯側部１３と小径部９の偏芯側部１４に対してほぼ面一となった状態まで変形する。このとき、偏芯加工側テーパ部１２の先部Ｑ１は、実長Ｌ１のまま変形して図４（ｂ）に示すＱ２の位置になりＹ軸からＬ５の量だけ小径部９側へ移動する。このＬ５分の移動は第２のクランプ２が前記のように第１のクランプ１と反対方向に移動することにより許容され、偏芯加工側テーパ部１２は、これに圧縮力が生じることなく実長Ｌ１を保持して実長Ｌ６（Ｌ１＝Ｌ６）となり、偏芯加工側テーパ部１２の座屈は生じない。
【００３３】
更に、図１の（ｄ）に示すように、前記工程と同じ操作で摺動を進行させて、ＯＦ３まで偏芯させる。この状態ではテーパ部１０の下側に設けられた空隙６によって、テーパ部１０の偏芯加工側テーパ部１２が第１のクランプ１に干渉することなく下方に傾斜でき、大径部８の偏芯側部（下面）１３よりも小径部９の偏芯側部（下面）１４が下方に位置できる。その結果、大径部８の外周面から移動幅Ｃ（図４（ｂ）参照）だけ張り出した状態となる。このようにして、大偏芯量ＯＦ３の金属管を形成することができる。
【００３４】
また、成形後の金属管を取り出す際には、堅固に金属管を把持している第１のクランプ１と第２のクランプ２の割型を左右に離反することで容易に取り出すことができる。なお、両クランプ１，２の摺動面１ｃ、２ｃの傾斜角αは、前記Ｌ１とＬ６の関係が、前記のようにＬ１＝Ｌ６となるか或いはＬ１＜Ｌ６となるように設定する。
【００３５】
前記の一連の工程において、テーパ部１０の偏芯加工側テーパ部１２が座屈することなく変形できるのは、前記のように、第２のクランプ２が第１のクランプ１と反対方向の右斜め下方向に平行移動することで、テーパ部１０の最短部位ＰとＱ１間（Ｌ１）よりも常に最長部位ＰとＱ２間（Ｌ６）の方が長いか、もしくは等しい（＝短くなることがない）関係を維持して曲げ加工を施すからである。また、反偏芯加工側テーパ部１１は常に引張り力が作用して延ばされる。このため、加工過程におけるテーパ部１０において延びだけの塑性流動で円滑に行われ、座屈や破断を招くことが希少となる。なお、Ｌ１の長さとＬ６の長さの比率（延び率）は数％〜１０％程度が望ましい。
【実施例２】
【００３６】
図２は、実施例２を示すもので、実施例１において、大径部８側内にマンドレル１８を、小径部９側内にマンドレル１９をそれぞれ内挿し、加工工程における大径部８と小径部９の断面変形を防止した例である。
【００３７】
このマンドレル１８とマンドレル１９は図２（ａ）に示すように、管素材７を第１のクランプ１と第２のクランプ２に挿入する際に、管素材７の大径部８の開口端からマンドレル１８を管内部へ挿入し、大径部８からテーパ部１０へ屈曲する位置まで挿入し保持する。小径部９側も同様に小径部９の開口端からマンドレル１９を小径部９からテーパ部１０へ屈曲する位置まで挿入して保持する。この状態で、前記加工工程と同様の操作を行い、偏芯管を成形する。このとき、移動する側のクランプ、図の実施例では第２のクランプ２と同期してマンドレル１９も移動させる。
【００３８】
このマンドレル１８とマンドレル１９による内側からの規制によって、偏芯加工時においても大径部８と小径部９の（断面）形状は正確に確定される。しかし、図４（ｂ）において符号２０及びＱ２に示す最も延びが要求される最大延び部への素材流動（供給）が悪化するため、この部分の破断を招かぬよう留意する必要がある。
【００３９】
なお、マンドレル１８を挿入しない場合の大径部８からテーパ部１０への屈曲部の加工後の部分２０の形状は大きな曲面となるが、製品機能として問題がなければ、この形状の方がマンドレルがない分加工が簡易かつ破断の惧れも少ない。また加工後の部分Ｑ２の形状も同様である。
【００４０】
以上のようにマンドレル１８と１９は、図２に示すような大径部８と小径部９の両方の使用でも、また図３に示すような小径部９側の片方の使用でも良く、更に、大径部８側の片方の使用でも良く、また、どちらとも使用しなくても構わない。
【００４１】
次に、上記実施例の適用例を図７により説明する。
図７は自動車の構造部材である、インパネ・リインフォースメントへの適用例である。
【００４２】
この部品は、特公平７―６３７５８号公報に記載のように、ステアリングを取り付ける運転席側のみ大径であって、それ以外は小径の管材により一体に構成されるのが通例である。
【００４３】
本適用例のような大径部３０と小径部３１を一体的に構成するパイプ材であって、大径部３０と小径部３１の軸芯が偏芯している場合、図７（ｂ）のように大径部３０に管材のテーパ部３２を介して小径部３１を偏芯させると良い。そして、前記の小径部３１に、相手側部品を嵌合して溶接する。
【００４４】
このようなテーパ部３２を介して小径部３１が偏芯するインパネ・リインフォースメントの製造に本発明の曲げ加工方法は好適である。
【００４５】
また、本発明を自動車の排気系部品の製造に適用しても良い。  
例えば、特開２００３−３１４２４０号公報の図１に記載のマフラーケースのように、長い管状部材の両端が小径で偏芯している部品の製造に本発明の曲げ加工方法は好適である。
【実施例３】
【００４６】
図８は、実施例３で、把持部材である第１のクランプ４１の摺動面４１ｃがその第１のクランプ４１側に凹の一次曲面とし、把持部材である第２のクランプ４２の摺動面４２ｃを第１のクランプ４１側に凸の一次曲面とした例である。また、両摺動面４１ｃ，４２ｃの円弧の中心０１は、管素材７の大径部８の軸芯Ｘよりも反偏芯加工側に距離Ｌ７分偏芯して設けられている。また、第１のクランプ４１には前記空隙６と同様の空隙４６が形成され、更に第２のクランプ４２も把持穴４３の周りに空隙４７が形成されている。図８は加工工程終了時の状態を示す。管素材７及び両クランプ４１，４２のその他の構造は前記実施例と同様である。
【００４７】
加工工程において第２のクランプ４２は前記図１（ａ）に示すような大径部８と小径部９が同軸状の状態から、図の下方に曲面状の摺動面４１ｃ，４２ｃを摺動しつつ反時計方向の左回りの回転をし、図８に示すように小径部９を偏芯かつ傾斜させる。すなわち、第２のクランプ４２が曲面である摺動面４１ｃ，４２ｃを摺動することで、回転中心が第２のクランプ４２の右側で、かつ、管素材７の軸芯Ｘより上側に位置した状態で、第２のクランプ４２は下方へ回転する。これにより、第２のクランプ４２内に形成された把持穴４３は第１のクランプ４１と反対側に向かって、つまり図８の左斜め下方に傾動する。このとき、把持穴４３の軸芯も下方へ偏芯する。
【００４８】
この把持穴４３に把持された小径部９は把持穴４３の移動に従って変形し、下方にオフセット（非平行）しつつ、管軸に対してＤだけ右上がりに傾斜した形状となる。
【００４９】
この実施例においても、第２のクランプ４２の回転中心０１がＬ７だけ偏芯していることにより、管素材７における偏芯加工側テーパ部１２が前記実施例１と同様に同一長を保持するか或いは引張られて変形し、その座屈や破断が防止される。
【実施例４】
【００５０】
図９は、把持部材である第１のクランプ５１の摺動面５１ｃを、その第２のクランプ５２側に凸の一次曲面とし、把持部材である第２のクランプ５２の摺動面５２ｃを第２のクランプ５２側に凹の一次曲面とした例である。また、両摺動面５１ｃ，５２ｃの円弧の中心０２は、管素材７の大径部８の軸芯Ｘよりも偏芯加工側に距離Ｌ８分偏芯して設けられている。また、第１のクランプ５１には前記空隙６と同様の空隙５６が形成され、更に第２のクランプ５２も把持穴５の周りに空隙５７が形成されている。管素材７及び両クランプ５１，５２のその他の構造は前記実施例と同様である。図９は加工工程終了時の状態を示す。
【００５１】
加工工程において第２のクランプ５２は前記図１（ａ）に示すような大径部８と小径部９が同軸状の状態から、図の下方に曲面状の摺動面５１ｃ，５２ｃを摺動しつつ時計方向の右回りの回転をし、図９に示すように小径部９を偏芯かつ傾斜させる。すなわち、第２のクランプ５２が曲面である摺動面５１ｃ，５２ｃを摺動することで、回転中心を第１のクランプ５１の左側で、かつ、管素材７の軸芯Ｘより下側に位置した状態で、第２のクランプ５２は下方へ回転する。これにより、第２のクランプ５２内に形成された把持穴５３は第１のクランプ５１と反対側に向かって、つまり図９の右斜め下方に傾斜する。このとき、把持穴５３の軸芯も下方へ偏芯する。
【００５２】
この把持穴５３に把持された小径部９は把持穴５３の移動に従って変形し下方にオフセット（非平行）しつつ、管軸に対してＥだけ右下がりに傾斜した形状となる。
【００５３】
この実施例においても、第２のクランプ５２の回転中心０２がＬ８だけ偏芯していることにより、管素材７における偏芯加工側テーパ部１２が前記実施例１と同様に同一長を保持するか或いは引張られて変形し、その座屈や破断が防止される。
【００５４】
また、上記実施例３と実施例４のどちらの例においても、最短実長のテーパ部が伸びないようにレイアウトすることが肝要である。
【実施例５】
【００５５】
さらに、図示しないが、実施例５として、前記摺動面４１ｃ，４２ｃ，５１ｃ，５２ｃを二次曲面とし、第２のクランプ４２，５２に、一次曲面側と２次曲面側に駆動する駆動手段を設けてもよい。
すなわち、両クランプの摺動面４１ｃ，４２ｃ，５１ｃ，５２ｃを図８及び図９において、第２のクランプ４２，５２が、紙面上を回転するとともに紙面に対し直角方向にも回転できるように形成してもよい、このように２方向に摺動することにより大径部管軸と小径部管軸が、同一平面上にない、捩れの関係を有する偏芯管を形成することができる。
【００５６】
なお、この実施例５のクランプと製造工程の図示は省略するが、本実施例５によれば例えば図１０のような大径部８、テーパ部１０及び捩れを有する小径部９からなる管状部材を得ることができる。
【００５７】
なお、上記実施例３、実施例４、実施例５においても、マンドレルを挿入して加工過程における大径部と小径部のの断面変形を防止するようにしてもよい。
【００５８】
また、本発明は、金属製の管素材を偏芯させるものであれば適用できるもので、自動車の構成部材・排気系部材に限らず、全ての金属管状物の加工に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）〜（ｂ）は本発明の実施例１の曲げ加工方法の工程を示す縦断面図。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は図１の工程においてマンドレルを大径部と小径部に挿入した実施例２の工程を示す縦断面図。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は図１の工程においてマンドレルを小径部のみに挿入した状態の工程を示す縦断面図。
【図４】本発明の実施例における被加工材のテーパ部の変形過程を示した縦断面図。
【図５】本発明の実施例における大径部側のクランプを示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図。
【図６】本発明の実施例における小径部のクランプを示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図。
【図７】本発明の加工対象の例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図（ｃ）は正面図。
【図８】本発明の実施例３を示すクランプの縦断面図。
【図９】本発明の実施例３を示すクランプの縦断面図。
【図１０】本発明の実施例５により製造された物品を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【符号の説明】
【００６０】
１，２，４１，４２，５１，５２  クランプ（把持部材）
７            管素材
８            大径部（本体部）
９            小径部
１０          テーパ部
１８，１９    マンドレル
【図１】
2006035235.tif 000003
【図２】
2006035235.tif 000004
【図３】
2006035235.tif 000005
【図４】
2006035235.tif 000006
【図５】
2006035235.tif 000007
【図６】
2006035235.tif 000008
【図７】
2006035235.tif 000009
【図８】
2006035235.tif 000010
【図９】
2006035235.tif 000011
【図１０】
2006035235.tif 000012