(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、成形圧による成形型の型開きを確実に防止でき、また、成形型への素材の搬入や成形型からの成形品の搬出を容易にできる製造装置を提供する。【解決手段】成形型５を、上成形型６および下成形型７の型締め方向への隙間を有さずに収容する空間１６を構成する天井面１７および床面１８を有する成形型収容部１９と、成形型収容部１９への成形型５の搬入、および搬出を行うための開口部２０とを備えるフレームと、成形型５を、開口部から成形型収容部へ向かう方向へ移動させて成形型収容部に搬入するとともに、この方向と反対方向へ移動させて成形型収容部から成形型を搬出するための成形型移動機構４とを備えるハイドロフォーム成形品の製造装置である。天井面１７は、その高さが開口部２０から成形型収容部１９へ向かう方向につれて低くなる傾斜面であるとともに、床面は、この方向につれて高くなる傾斜面である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井面および床面を有し、上成形型および下成形型を有するとともに内部に素材を配置する成形型を、前記天井面および床面により構成される空間に、前記上成形型および下成形型の型締め方向への隙間を有さずに、収容するための成型型収容部と、該成形型収容部への前記成形型の搬入、および前記成形型収容部からの前記成形型の搬出を行うための開口部とを有するフレームを備えるハイドロフォーム成形品の製造装置であって、
前記天井面は、その高さが前記開口部から前記成形型収容部へ向かう方向につれて低くなる傾斜面であること、および／または
前記床面は、その高さが前記開口部から前記成形型収容部へ向かう方向につれて高くなる傾斜面であること
を特徴とするハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項２】
前記傾斜面の法線と、前記上成形型および下成形型の型締め方向とがなす角度が、該傾斜面の摩擦角以下である請求項１に記載されたハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項３】
前記傾斜面の摩擦係数μが０．３以下であり、かつ前記傾斜面の摩擦角は１７°以下である請求項２に記載されたハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項４】
前記フレームの外部で、前記下成形型と前記上成形型とを閉じることにより前記成形型の内部に前記素材を配置するとともに、前記下成形型と前記上成形型とを開くことにより前記成形型の内部のハイドロフォーム成形品を取り出すための成形型開閉機構を備える請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項５】
前記成形型を、前記開口部から前記成形型収容部へ向かう方向へ移動させて前記成形型収容部に搬入するとともに、該方向と反対方向へ移動させて前記成形型収容部から前記成形型を搬出するための成形型移動機構を備える請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項６】
前記フレームは、前記開口部から前記成形型収容部へ向かう方向へ並設された複数のフレーム構成材により構成される請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたハイドロフォーム成形品の製造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された製造装置を用いるハイドロフォーム成形品の製造方法であって、下記第１工程から第３工程までを備えることを特徴とするハイドロフォーム成形品の製造方法；
第１工程：前記成形型を、前記開口部から前記成形型収容部へ向かう方向へ移動させて前記成形型収容部に搬入することによって、
前記天井面により、前記成形型収容部に搬入された前記成形型を構成する前記上成形型を前記下成形型に押し付ける押圧力を発生すること、および／または、
前記床面により、前記成形型収容部に搬入された前記成形型を構成する前記下成形型を前記上成形型に押し付ける押圧力を発生すること、
第２工程；前記成形型の内部に配置された前記素材のハイドロフォーム加工を行うこと、
第３工程：前記成形型を前記方向と反対の方向へ移動させて前記成形型収容部から前記成形型を搬出すること。
【請求項８】
前記第１工程の前または同時に、前記フレームの外部で、前記下成形型と前記上成形型とを閉じることにより前記成形型の内部に前記素材を配置する素材配置工程を備えるとともに、前記第３工程の後または同時に、前記フレームの外部で、前記下成形型と前記上成形型とを開くことにより前記成形型の内部のハイドロフォーム加工品を取り出すハイドロフォーム加工品取出工程を備える請求項７に記載されたハイドロフォーム成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドロフォーム成形品の製造装置および製造方法に関し、さらに詳しくは、上成形型および下成形型を有する成形型の内部に収容される素材の内部に高圧の液体を供給することによる成形型の型開きを確実かつ簡便に防止しながらハイドロフォーム成形品を製造するための製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管のハイドロフォーム加工は、例えば、素材である金属管（以下、「素材管」という）を成形型の内部に収容し、素材管の両端部をシールし、素材管の内部に充填した液体の圧力を上昇することにより素材管を膨出変形させて成形型の内面に沿わせることによって、所望の形状のハイドロフォーム成形品に成形する加工法である。金属管のハイドロフォーム加工装置は、一般に、水等の液体を高圧で素材管の内部に供給する高圧液体供給手段と、素材管を収容してその周囲を拘束する成形型と、素材管の端部をその軸方向へ押圧する軸押し手段とを備える。
【０００３】
ハイドロフォーム加工では、成形型の内部に素材管を収容するとともに、ハイドロフォーム加工されたハイドロフォーム成形品を成形型から取り出す必要がある。このため、成形型は、上成形型および下成形型に分割されて構成される。この成形型に収容された素材管の内部に高圧の液体を供給すると、上成形型および下成形型を離反させようとする力（以下、「型開き力」という）が上成形型および下成形型に作用する。型開き力により上成形型および下成形型が過剰に開くと不可避的に成形品の寸法精度が低下し、型開きの程度によってはハイドロフォーム加工を行うことができなくなる。
【０００４】
成形型の開閉と、成形時の型開き力に抗して成形型が型閉じした状態を保持すること（以下、「型締め」という）とを可能とするため、成形型には型締め装置が設けられる。一般に、汎用の油圧プレスが型締め装置として従来から用いられる。巨大なラムおよびベッドを備え、充分なプレス能力を有する大型の油圧プレスが、各種の大きさの成形型に対応するために、採用される。このような大形の油圧プレスでは、ラムによる加圧力を受けるクラウンを支持するためにコラムが立設されている
大形の油圧プレスを型締め装置として用いる場合、直径が大きく、かつストローク長さが大きいシリンダが、必要とされる型締め力の大きさ及び作業性の観点から、型締めに用いられる。このため、この型締め装置を有する成形型は、充分な高速性や応答性を得られないので型締めの動作に要する時間が長くなり、生産性が低い。さらに、成形型が大型化するため、コストも嵩む。
【０００５】
特許文献１には、プレスヘッドをフレームシリンダで押し上げて成形型を閉じ、プレスヘッドと下部プレートとの間の空間にくさびを打ち込むことによって成形型の型開きを防止するプレス機械が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、スライドシリンダでスライドを下降させて成形型を閉じ、クラウンとスライドとの間の空間に型締めブロックを挿入してスライドの動きを固定し、ボルスタとベットとの間の小ストロークの型締めシリンダで型締めするハイドロフォーム装置が開示されている。このハイドロフォーム装置は、型締めブロックを用いるために型締めシリンダの容量を小さくでき、動作の高速化および応答性を向上させることができる。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｃ型フレームの中に開口部から、素材をセットして締めた成形型を挿入して型締めする型締め装置および成形型の下から小ストロークの押し上げシリンダで成形型を押し上げて型締めする型締め装置が開示されている。
【０００８】
一方、ハイドロフォーム加工の対象となる素材は、金属管にとどまらず、金属板にも拡大されている。金属板を素材とするハイドロフォーム加工は、例えば、重ね合わせた二枚の鋼板の周縁部を溶接して封止し、これら２枚の金属板の間に高圧の液体を供給することにより、行われる。このため、金属板を素材とするハイドロフォーム加工は、基本的に狭幅のハイドロフォーム成形品を製造するための、金属管を素材とするハイドロフォーム加工とは異なり、一般に、型締め方向への投影面積が非常に大きいハイドロフォーム成形品を対象とするため、型締め力も極めて大きくなる。
【０００９】
型締め力が大きくなると、単に成形型に大荷重を負荷する必要があるというだけではなく、上成形型および下成形型の当接面の面積が十分に確保されていない場合には型締め力によって上成形型および下成形型が塑性変形するために、大きな型締め力を負荷しても成形型が破損しないことも要求される。このため、上成形型および下成形型の当接面の面積は、ハイドロフォーム成形品の投影面積と同程度の面積であることが必要となる。例えば、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の寸法を有するサスペンションメンバーをハイドロフォーム加工により成形する際には、１５００ｍｍ×１５００ｍｍ程度の大きさの上成形型および下成形型を用いる必要があり、設備の大型化を招くとともにさらなるコストアップは避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３２９６９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６６号公報
【特許文献３】特開２００２−６６６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、生産性の向上や、上述したサスペンションメンバーといった大型部品を、金属管を素材とするハイドロフォーム加工や、金属板を素材とするハイドロフォーム加工により製造することの要求が、ますます高まっており、大きな型締め力を要求するハイドロフォーム成形品のハイドロフォーム加工の高速化が強く望まれている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１により開示されたプレス機械により大きな型締め力を必要とするハイドロフォーム成形品を製造しようとすると、スライドを昇降させるとともにくさび機構を設けるためにハイドロフォーム装置の高さが嵩み、これに伴ってコラムの全長も長くなる。したがって、ハイドロフォーム加工時に液圧による荷重が素材に負荷されると、コラムが弾性変形して伸び、上成形型および下成形型間に隙間が生じる。コラムの伸びを補償するように、くさびを前進させるためには、型締め力と同程度の荷重を負荷する必要があるので、設備のコンパクト化を図ることができない。
【００１３】
特許文献２により開示されたハイドロフォーミング装置は、型締めシリンダにより型締め力を発生するため、型開きは防止できるものの、コラムの伸びを補償する分だけエネルギー効率が不可避的に低下する。また、このハイドロフォーミング装置は、型締め時には「スライドの下降」、「型締めブロックの挿入」および「型締めシリンダによる型締め」の３工程を必要とするとともに、製品取り出し時にも「型締めシリンダの除荷」、「型締めブロックの退避」および「スライドの上昇」の３工程を要し、さらには、機構が複雑化するために高速化を図ることが困難である。このハイドロフォーミング装置は、スライドの昇降および型締めに要する時間を、大型の油圧プレスを型締め装置として用いる一般的なハイドロフォーミング装置のせいぜい２０％程度しか低減できない。
【００１４】
また、特許文献１、２により開示された装置は、いずれも、機構が複雑であるために設備全体が大型化し、設備コストが高価なものとなるのみならず、装置の設置面積や設置高さも大きくなる。さらに、特許文献１、２により開示された装置では、ラムとベッドとの間に配置された成形型に対して素材を挿入し、成形品を搬出させるための作業性を向上させることが困難である。特に、金属板のハイドロフォーム加工では、コラムの間から剛性のない複雑形状の板を、成形型の内部の所定の位置に精度よく設置することが困難である。
【００１５】
さらに、特許文献２、３により開示された発明では、型締めのための大出力の高圧用シリンダを必要とするため、この高圧用シリンダのみならず、それを駆動するための附帯設備（例えば高圧駆動手段、加圧制御手段、さらには圧力配管等）をも必要とするため、設備コストが嵩むとともに、これらのメンテナンスが必要となる。
【００１６】
特許文献３では高圧用シリンダを駆動するための附帯設備を簡略化するために成形水の圧力を高圧用シリンダに廻す方法も提案されているが、成形水の体積が過大となるため、高圧を発生させるための効率が低くなる問題がある。
【００１７】
さらには、成形圧力に応じて型締め力を増加させる技術も提案されているが、フェールセーフの観点から、最大型締め力が加わっても成形型が破損しないように成形型を大型化する必要があり、成形型の製作時間の増大とコストアップ、成形型の大型化に応じた附帯設備の大型化やコストアップを避けられない。
【００１８】
特許文献３により開示された型締め装置は、型締めシリンダを用いず金型をフレームに嵌挿する方法も提示しているが、金型の寸法とフレームの開口部の寸法に極めて厳しい公差を満たす必要があるだけでなく、素材の弾性により金型が持ち上がる場合、挿嵌できないという制約がある。特に、板のハイドロフォームではフランジ面で金型と素材が当接するため、金型の自重だけで金型の持ち上がりを防ぐことは困難である。
また、特許文献３により開示された型締め装置のようにＣ型フレームを用いると、例えばサスペンションメンバーのような大型のハイドロフォーム成形品を製造しようとする際、フレームの開口部の弾性変形の程度が大きくなり、フレームが口開きを生じるため、基本的に直線状のハイドロフォーム成形品しか製造できない。
【００１９】
本発明は、従来の技術が有する上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、成形圧による成形型の型開きを確実に防止でき、また、成形型への素材の搬入や成形型からのハイドロフォーム成形品の搬出を容易にし、成形効率を向上させることができ、さらに、消費エネルギーや設備コストを低減させるとともにコンパクト化を図ることができる、ハイドロフォーム成形品の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、天井面および床面を有し、上成形型および下成形型を有するとともに内部に素材を配置する成形型を、天井面および床面により構成される空間に、上成形型および下成形型の型締め方向への隙間を有さずに、収容するための成型型収容部と、この成形型収容部への成形型の搬入、および成形型収容部からの成形型の搬出を行うための開口部とを有するフレームを備えるハイドロフォーム成形品の製造装置であって、天井面は、その高さが開口部から成形型収容部へ向かう方向につれて低くなる傾斜面であること、および／または、床面は、その高さが開口部から成形型収容部へ向かう方向につれて高くなる傾斜面であることを特徴とするハイドロフォーム成形品の製造装置である。
【００２１】
この本発明において「型締め方向」とは、上成形型および下成形型の内部の液圧によって上成形型および下成形型を開口させる力を相殺するための外力を作用させる方向を意味する。具体的には、「型締め方向」は、上下の成形型の板押さえ面が平面でない場合には、スラスト力による横ずれを防止するために上下の成形型に設けられる横ずれ防止機構（キー溝や凹凸部等）によって規定される開口方向と反対向きの方向を意味し、上下の成形型の板押さえ面が平面であってかつこの横ずれ防止機構が設けられていない場合には、上下の成形型の板押さえ面に垂直な方向であって、かつ金型を閉じる方向を意味する。
【００２２】
また、本発明において「隙間を有さずに」とは、成形型の上成形型と成形型収容部の天井面との間、および、成形型の下成形型と成形型収容部の床面との間のいずれにも隙間が全く存在しない場合のみならず、成形型の上成形型と成形型収容部の天井面との間の一部、および／または、成形型の下成形型と成形型収容部の床面との間の一部に、隙間が存在する場合をも含むことを意味する。すなわち、本発明は、成形型の上成形型と成形型収容部の天井面との間の一部、および／または、成形型の下成形型と成形型収容部の床面との間の一部に、ハイドロフォーム成形時の型開きを発生させない隙間が部分的または点在的に存在することを包含する。
【００２３】
別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係る製造装置を用いるハイドロフォーム成形品の製造方法であって、第１工程から第３工程までを備えることを特徴とするハイドロフォーム成形品の製造方法である。
第１工程：成形型を、開口部から成形型収容部へ向かう方向へ移動させて成形型収容部に搬入することによって、（ａ）天井面により、成形型収容部に搬入された成形型を構成する上成形型を下成形型に押し付ける押圧力を発生すること、および／または、（ｂ）床面により、成形型収容部に搬入された成形型を構成する下成形型を上成形型に押し付ける押圧力を発生すること、
第２工程：成形型の内部に配置された素材のハイドロフォーム加工を行うこと、
第３工程：成形型を前記反対方向へ移動させて成形型収容部から成形型を搬出すること。
【００２４】
この本発明に係る製造方法では、第１工程の前または同時に、フレームの外部で、下成形型と前記上成形型とを閉じることにより成形型の内部に素材を配置する素材配置工程を備えるとともに、第３工程の後または同時に、フレームの外部で、下成形型と上成形型とを開くことにより成形型の内部のハイドロフォーム加工品を取り出すハイドロフォーム加工品取出工程を備えることが、望ましい。
【００２５】
フレームの天井面および床面が水平面であると、成形型を成形型収容部へ搬入するために、成形型と天井面および床面との間に隙間を設ける必要があり、これにより、ハイドロフォーム加工時の型開きを解消できないが、本発明によれば、天井面および／または床面が傾斜面であるので、成形型を、上成形型および下成形型の重ね合わせ方向への隙間を有さずに成形型収容部の空間に収容することができるようになる。すなわち、天井面は、成形型収容部に搬入された成形型を構成する上成形型を下成形型に押し付ける押圧力を発生するとともに、床面は、成形型収容部に搬入された成形型を構成する下成形型を上成形型に押し付ける押圧力を発生する。
【００２６】
これらの本発明では、傾斜面の法線方向(後述する図２におけるａ方向)と、金型の型締め方向（図２におけるｂ方向）とがなす角度（図２における角度θ）が、この傾斜面の摩擦角以下であることが望ましい。傾斜面が急角度であると、成形型が滑って口開きするが、傾斜面の法線方向と、金型の型締め方向とがなす角度θが傾斜面の摩擦角以下であること、すなわち下記（１）式を満足することにより、成形型は滑らず型開きを防止できる。
【００２７】
θ＜ｔａｎ−１μ              ・・・・・・・（１）
具体的には、傾斜面の摩擦係数μが０．３以下であり、かつ傾斜面の摩擦角が１７°以下であることが望ましい。
【００２８】
このため、本発明によれば、大きな型締め装置を用いることなくハイドロフォーム加工を行うことができるようになる。
これらの本発明では、フレームの外部で、下成形型と上成形型とを閉じることにより成形型の内部に素材を配置するとともに、下成形型と上成形型とを開くことにより成形型の内部のハイドロフォーム成形品を取り出すための成形型開閉機構を備えることが望ましい。
【００２９】
これらの本発明では、成形型を、開口部から成形型収容部へ向かう方向へ移動させて成形型収容部に搬入するとともに、この方向と反対方向へ移動させて成形型収容部から成形型を搬出するための成形型移動機構を備えることが望ましい。
【００３０】
これらの本発明では、フレームは、開口部から前記成形型収容部へ向かう方向へ並設された複数のフレーム構成材、例えばブロック状のフレーム構成材により構成されることが、フレームの剛性向上を図ることができるため、望ましい。各フレームは成形型の開口を防ぐよう配置されることが望ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、極めて簡単な構成で、成形圧による成形型の型開きを防止でき、また、成形型に対する素材の搬入やハイドロフォーム成形品の搬出を容易にし、成形効率を向上させることができ、さらに、消費エネルギーや設備コストを低減させるとともにコンパクト化を図ることができる。
【００３２】
さらに、本発明により、油圧系統や水圧系統の単純化、成形型の小型化による低コスト化を可能とし、さらに、成形速度の増大による生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明に係る製造装置の一例を、一部を省略および簡略化して示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る製造装置の一例を示す側面断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明に係る製造装置の成形型開閉機構の別の形態を示す説明図であり、図３（ｂ）は、本発明に係る製造装置の成形型開閉機構のさらに別の形態を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）は図２のＡ−Ａ断面におけるフレームを示す説明図である。図４（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面におけるフレームを示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｇ）は、各種フレームの構成例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る製造装置のフレームを示す説明図であり、図６（ａ）は側面断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図７】本発明に係る製造装置の成形型移動機構の別の形態を示す側面断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｅ）は、製造装置を用いてハイドロフォーム加工品を製造する状況を、経時的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
はじめに、本発明の原理を簡単に説明する。
（Ｉ）ハイドロフォーム成形品の製造装置が、上成形型および下成形型を有する成形型を、上成形型および下成形型の重ね合わせ方向への隙間を有さずに収容する空間を構成するとともに傾斜した天井面および床面を有する成形型収容部を備える構造とし、成形型の上面および下面も同角度の傾斜面とし、フレームの外部で内部に素材をセットした成形型をこの成形型収容部に嵌挿すれば、型締め用の大荷重シリンダーを用いなくとも成形圧力による成形型の型開きを防止できる。
【００３５】
（ＩＩ）傾斜面の傾斜角度を摩擦角以下に設定すれば、成形圧力による型開き力が如何に大きくとも、成形型が嵌挿方向と直交する方向へ移動することはないため、フレームの剛性を十分大きく設定しておけば、成形型の型開きを実質的に解消できる。
【００３６】
（ＩＩＩ）フレームの成形型収容部に形成する傾斜面は、上成形型および下成形型に相当する面のいずれか一方または双方とすればよい。
（ＩＶ）フレームの成形型収容部の天井面および／または床面が傾斜面であるため、成形型収容部に成形型をフレームの内部に挿入すれば、傾斜面により、下成形型および上成形型を当接させる荷重が発生し、素材である金属板が下成形型と上成形型の間の形状に変形するとともに、成形型は成形型収容部に挿嵌される。
【００３７】
（Ｖ）ハイドロフォーム成形品の製造装置がこのフレームを備える構造を有する場合、プレス機内で金型を開閉させる必要がないため、スライド、上成形型を昇降させたり、型締め力を発生させたりする昇降用シリンダは不要となり、製造装置の高さを大幅に低減することができる。製造装置の高さを低くできるために、内圧反力による荷重によるフレームの上下方向の伸び量も小さくでき、昇降用シリンダが不要であることから、構造を単純化できる。このため、フレームの剛性を高めることができる。
【００３８】
（ＶＩ）特許文献２に記載されるように、型締めブロックを出し入れするための機構も不要となり、そのための空間も不要であるため、フレームの剛性を高めることができる。また、特許文献３に記載されるように、Ｃ型フレームでなく、門型フレームとすることで、フレームの剛性を高めることができる。
【００３９】
このように、本発明は、「上述した構成を採用することによって、フレームの剛性を本質的に高めることができるので、極めて簡単な構成で、成形圧による成形型の型開きを防止でき、また、成形型に対する素材の搬入やハイドロフォーム成形品の搬出を容易にし、成形効率を向上させることができ、さらに、消費エネルギーや設備コストを低減させるとともにコンパクト化を図ることができる」という知見に基づくものである。次に、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１は、本発明に係るハイドロフォーム加工品の製造装置の一例の製造装置１を、一部を省略および簡略化して示す斜視図である。また、図２は、この製造装置１を示す側面断面図であり、素材０のセット状態を示す。
【００４１】
なお、以降の説明では、素材０が重ね合わされた２枚の金属板からなる場合を例にとるが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、素材が１枚板の金属板である場合や、成形型に軸押しユニットを組み込むことによって素材が金属管である場合にも、同様に適用可能である。
【００４２】
製造装置１は、成形型開閉機構２と、フレーム３と、成形型移動機構４とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。
［成形型開閉機構２］
成形型５は、上成形型６と下形成７とから構成される。上成形型６には上成形型ホルダ９が取り付けられるとともに、下成形型７には下成形型ホルダ１０が取り付けられる。上成形型ホルダ９と下成形型ホルダ１０とはヒンジ８によって互いに回動自在に結合される。
【００４３】
上下の成形型６、７は必ずしも上下の成形型ホルダ９、１０と分離可能な構造とする必要はないが、設備の汎用性を考慮し、分離構造とすることが望ましい。上成形型６、下成形型７には、それぞれ、成形に必要なキャビティー６ａ、７ａが刻設されており、素材０を膨出成形して、所望の形状を有するハイドロフォーム成形品３５を製造することができるようになっている。
【００４４】
上下の成形型６、７は、単独で用いてもよいが、設備の汎用性やハンドリングの容易さ等の観点から、上下の成形型６、７を保持する上下の成形型ホルダ９、１０と併用することが望ましい。
【００４５】
図２に示すように、上成形型６の上成形型ホルダ９の上面９ａは、上成形型ホルダ９を水平面に載置した際に下方へ向けて傾斜する傾斜面となっているとともに、下成形型７の下成形型ホルダ１０の下面１０ａは、下成形型ホルダ１０を水平面に載置した際に上方へ向けて傾斜する傾斜面となっている。
【００４６】
後述するように、フレーム３の天井面１７は、上成形型ホルダ９の上面９ａの傾斜角と同じ傾斜角を有する傾斜面として、形成されるとともに、フレーム３の床面１８も、下成形型ホルダ１０の下面１０ａの傾斜角と同じ傾斜角を有する傾斜面として、形成される。
【００４７】
製造装置１は、後述するように、天井面１７には案内板２２が装着されるとともに床面１８には案内板２３が装着されるので、成形型５がフレーム３の成形型収容部１９に挿嵌されると、上成形型ホルダ９に設けられた傾斜面９ａとフレーム３の天井面１７に装着された案内板２２の案内面２２ａとが当接するとともに、下成形型ホルダ１０に設けられた傾斜面１０ａとフレーム３の床面１８に装着された案内板２３の案内面２３ａとが当接する。
【００４８】
成形型開閉機構２は、図１、２に示すように、上成形型６を保持する上成形型ホルダ９は、アーム１１を介して、アーム１１にピン接合されたクレビスシリンダ１２と接続される。クレビスシリンダ１２のロッド１３を前後退させることにより、上成形型ホルダ９により保持された上成形型６は、ヒンジ８を支点として回動し、これにより、下成形型７に対する開閉動作を行う。
【００４９】
このように、成形型開閉機構２は、フレーム３の外部で、下成形型７と上成形型６とを閉じることにより成形型５の内部に素材０を配置するとともに、下成形型７と上成形型６とを開くことにより成形型５の内部のハイドロフォーム成形品３５を取り出すためのものである。成形型開閉機構２は、このような機能を有するものであればよく、図１、２により示す型式の成形型開閉機構２には限定されない。
【００５０】
図３（ａ）は、本発明に係る製造装置１の成形型開閉機構の別の形態２−１を示す説明図である。
この成形型開閉機構２−１では、上成形型６には嵌合部６ｂが設けられており、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９へ移送させる際には嵌合部６ｂをフック１４と嵌合させるとともに、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９から搬出した後に、フック１４を支持する昇降シリンダ１５を作動させることにより上成形金型６を開閉させればよい。この場合、上成形型６と下成形型７とを連結するヒンジ８は不要となる。
【００５１】
上成形型５を昇降シリンダ１５により上昇させた状態から、そのまま下降させれば、閉じることができるため、成形型の位置決めについても、特に精度を要しない。また、
嵌合部６ｂは、上下の成形型６、７に設けてもよく、あるいは上下の成形型ホルダ９、１０に設けてもよい。図３は、上下の成形型ホルダ９、１０を用いず、上下の成形型６、７に直接嵌合部６ｂを設けた例である。
【００５２】
図３（ｂ）は、本発明に係る製造装置１の成形型開閉機構のさらに別の形態２−２を示す説明図である。
この成形型開閉機構２−２では、上成形型６には嵌合部６ｃ、６ｃが設けられており、下成形型７には通孔７ｃ，７ｃが設けられ、さらに、支持台フレーム３６には昇降シリンダ３６ａ、３６ａが配置されている。
【００５３】
成形型５がフレーム３の成形型収容部１９へ移送させる際、及び、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９から搬出する際には、シリンダ３６ａ、３６ａを戻り限の位置に後退させて成形型５と干渉しないようにするとともに、シリンダ３６ａ、３６ａを出限の位置に前進させることにより上成形型６を開くことができる。
【００５４】
シリンダ３６ａのロッドの先端３６ｂは、上成型型６の嵌合部６ｃに嵌合するため、開閉時の上成形型６と下成形型７の位置決めも良好となる。
製造装置１における成形型開閉機構２は以上のように構成される。
【００５５】
［フレーム３］
図１および図２に示すように、フレーム３は、略述すると、成形型５を収容するとともに、型開きするように圧力が付与されることにより型開き力が発生する成形型５を保持するための門形のフレームである。
【００５６】
フレーム３は、天井面１７および床面１８を有し、上成形型６および下成形型７を有するとともに内部に素材０を配置する成形型５を、天井面１７および床面１８により構成される空間１６に、上成形型６および下成形型７の型締め方向への隙間を有さずに、収容するための成型型収容部１９と、成形型収容部１９への成形型５の搬入、および成形型収容部１９からの成形型５の搬出を行うための開口部２０とを備える。
【００５７】
成形型収容部１９は、型開きするように内部に圧力が付与されることにより発生する型開き力に抗して成形型５を閉じた状態に維持する。また、開口部２０は、成形型収容部１９に対して成形型５を挿嵌および搬出することを可能とする。
【００５８】
成形型収容部１９の天井面１７は、その高さが開口部２０から成形型収容部１９へ向かう方向につれて低くなる傾斜面である。そして、成形型収容部１９の天井面１７は、天井面１７に装着される案内板２２を介して、成形型収容部１９に搬入された成形型５を構成する上成形型６を下成形型７に押し付ける押圧力を発生する。
【００５９】
また、成形型収容部１９の床面１８は、その高さが開口部２０から成形型収容部１９へ向かう方向につれて高くなる傾斜面である。そして、成形型収容部１９の床面１８は、床面１８に装着される案内板２３を介して、成形型収容部１９に搬入された成形型５を構成する下成形型７を上成形型６に押し付ける押圧力を発生する。
【００６０】
成形型収容部１９の天井面１７および床面１８がいずれも水平面であると、成形型５を成形型収容部１９へ搬入するために、成形型５と天井面１７に装着される案内板２２および床面１８に装着される案内板２３との間に隙間を設ける必要があり、ハイドロフォーム加工時には成形型５の型開きを、この隙間が存在するために解消できないが、本発明によれば、成形型収容部１９の天井面１７および床面１８の一方または双方が傾斜面であるので、成形型５を、上成形型６および下成形型７の重ね合わせ方向への隙間を有さずに成形型収容部１９の空間１６に挿嵌して収容することができるようになる。このため、ハイドロフォーム加工時における成形型５の型開きを、大きな型締め装置を用いることなく解消しながら、素材０のハイドロフォーム加工を行うことができるようになる。
【００６１】
ここで、天井面１７または床面１８（傾斜面）の法線方向と成型型５の型締め方向とがなす角度が、この傾斜面の摩擦角以下であることが望ましい。傾斜面が急角度であると、成形型５が開口２０の側へ滑って移動することにより成形型５が口開きするが、傾斜面の法線方向と、金型の型締め方向とがなす角度が傾斜面の摩擦角以下であれば、成形型５の開口２０側への滑りを確実に防止でき、成形型５の口開きを防止することができるからである。傾斜面である案内板２２、２３の摩擦係数μは０．２〜０．３程度であり、μ＝０．３での摩擦角は１７°であるため、型開き力にかかわらず成形型を嵌挿方向と直交する方向へ移動させないためには、傾斜面である案内板２２、２３の摩擦係数μが０．３以下であり、かつ傾斜面の摩擦角が１７°以下であることが望ましい。
【００６２】
案内板２２、２３と成型型５の傾斜面とは、その全面に設けられている必要はなく、相対する一部分に傾斜面が形成されていればよい。
フレーム３の構造は特に限定するものではなく、通常のプレス機と同様に、ベットとクラウンとをコラムでつなぐ構造でもよいが、望ましくは、開口部２０から成形型収容部１９へ向かう方向へ並設された複数のフレーム構成材２１、例えばブロック状または板状のフレーム構成材２１の積層構造を有することが、閉断面構造で溶接部や接続部がなくなるために剛性や強度がともに高まるために、成形型収容部１９に収容された成形型５のハイドロフォーム加工時の開口を防ぐことができ、望ましい。
【００６３】
具体的には、フレーム３は、複数のフレーム構成材２１を積層することにより構成され、天井面１７には、成形型５の案内面２２ａを有する案内板２２が取り付けられているとともに、床面１８には、成形型５の案内面２３ａを有する案内板２３が取り付けられている。
【００６４】
積層されたフレーム構成材２１により直接に案内面を構成してもよいが、複数のフレーム構成材２１が組まれた状態で高精度の案内面を加工することは容易ではないため、案内面２２ａ、２３ａは別部品である案内板２２、２３により構成することが望ましい。案内面２２ａ、２３ａが案内板２２、２３により別部材となることにより、案内面の摩耗等による補修に対するメンテナンス性も高められる。
【００６５】
図４（ａ）は図２のＡ−Ａ断面におけるフレーム３の形態を示す説明図であり、図４（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面におけるフレーム３の形態を示す説明図である。
積層されたフレーム構成材２１には複数本（図示例では４本）の締結棒２４ａが挿通され、これら締結棒２４ａの両端にナット２４ｂが締結されることにより、各フレーム構成材２１が強固に締結されてフレーム１が構成される。
【００６６】
また、フレーム３の床面にはガイドレール２５ａが敷設されるとともに、案内板２３にはガイドレール２５ａを通すための溝２６が設けられている。成形型収容部１９の内部の空間１６には、後述するボールネジ２８が配置されている。
【００６７】
さらに、製造装置１では、型締めシリンダにより上成形型６および下成形型７を型締めする必要がないため、型締め力に対する成形型５の強度の維持を考慮する必要がないため、上述したように、上成形型６と下成形型７との当接面の面積を型締め力に応じて大きくする必要がなくなり、上下の成形型６、７の型締め方向の投影面積を、例えば素材０の面積と略同程度に小さくすることができる。このように、上下の成形型６、７の大きさを小さくすることができることに伴って、成形型５を収容するフレーム３の大きさも小さくすることができ、製造装置１のコンパクト化およびコスト低減を図ることができる。したがって、製造装置１は、型締め装置を用いる従来の製造装置に比較して、高さのみならず、設置面積も大幅に削減できる。
【００６８】
図５（ａ）〜図５（ｇ）は、各種フレームの構成例を示す説明図である。
図５（ｃ）は、上述したように、フレーム３が複数のフレーム構成材２１と案内板２２、２３とから構成される場合である。フレーム構成材２１の積層構造であるため、不均一な荷重分布に対し、フレーム構成材２１同士がずれて変形すると、期待される剛性が確保できないこともあるので、剛性を高めてフレーム構成材２１同士がずれないようにすることが望ましい。
【００６９】
図５（ｂ）は、図５（ｃ）に示すフレームのフレーム構成材２１同士をキー２７により接合し、剛性を高めたフレーム３−１を示す。
図５（ａ）は、案内板２２、２３を用いずにフレーム構成材２１の積層のみで構成したフレーム３−２である。フレーム構成材２１の枚数が少なくて済む場合や、加工精度が十分に得られる場合は、このフレーム３−２を用いることができる。
【００７０】
図５（ｄ）は、案内板２２、２３の案内面２２ａ、２３ａの傾斜に合わせて、フレーム構成材２１の上部および下部それぞれの幅を各フレーム構成材２１で揃えたフレーム３−３である。フレーム構成材２１の上部および下部の幅が小さくなるとそのフレーム構成材２１の剛性が下がるため、これを防止することができる。
【００７１】
図５（ｅ）は、成形型５の挿嵌方向の中央部のフレーム構成材２１の上下部の幅が、端部のフレーム構成材２１の上下部の幅よりも大きいフレーム３−４を示す。成形圧力によりフレームは太鼓状に変形し易いため、剛性の必要な中央部の剛性をより高めることができる。
【００７２】
図５（ｆ）は、図５（ｄ）と図５（ｅ）の構成を組み合わせたフレーム３−５であり、全体の剛性に分布を持たせ、かつ局所的な変形が生じ難くしたものである。
図５（ｇ）は、下の案内板２３の案内面２３ａは水平に配置し、上の案内板２２の案内面２２ａのみを傾斜配置したフレーム３−６である。下案内面２３ａを水平とすることで、成形型移動機構４の構成を簡略化することができる。
【００７３】
なお、フレーム３の形状は，図５（ａ）〜図５（ｇ）に示す形状に限定されるものではなく、成形圧の反力に応じてフレーム３の剛性を適宜調整すればよい。
フレームの材質としては、高張力鋼板が望ましいが、強度が満たせば、一般構造用圧延鋼材で十分である。
【００７４】
図６は、本発明に係る製造装置１のフレーム３を示す説明図であり、図６（ａ）は側面断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
上述したように、製造装置１は成形型５の大きさを低減できるため、フレーム３の幅ｂを低減でき、フレーム３の上部３ａ、下部３ｂにおける型開き力Ａによる曲げたわみを低減できる。また、型締めシリンダ等が不要であるためにフレーム３の成形型収容部１９の高さｄを低減でき、そのため、フレーム３のサイド部３ｃ、３ｃの型開き力Ａによる伸びを低減できる。さらに、型締めブロックを挿入するためのスペース等が不要であるため、フレーム３のサイド部３ｃ、３ｃに空間を設ける必要がなく、フレーム３の剛性を高めることができる。
【００７５】
例えば、３５００トンの型開き力Ａが発生したとしても、例えば、ａ＝２５００ｍｍ，ｂ＝８００ｍｍ，ｃ＝４５０ｍｍと設定すれば、型開きを成形上問題のない０．１ｍｍ以下に抑制することが可能になる。
【００７６】
当然、フレーム３の十分な剛性を得られれば、フレーム３は、フレーム構成材２１を用いた積層構造にする必要はなく、例えば、ベースとクラウンをコラムでつないだ一般的なプレス機の構造や、サイドプレートで上下プレートを挟み、タイロッドで締結する構造を採用することも可能である。
【００７７】
このようにして、製造装置１は、フレーム３を有するので、成形圧による型開き力が加わっても、成形に問題ないレベルに成形型５の型開きを抑制することができる。
なお、上成形型６と下成形型７との間に素材０である金属板をセットしたときに、上成形型６の自重だけでは金属板が上下の成形型６、７の間の隙間に沿った形に変形せず、上成形型６が持ち上がった状態となる場合がある（例えば、成形型５にドロービードがあった場合等）。通常、上成形型６の持ち上がり量が１０ｍｍ以下であるとともに成形型５の全長が２０００ｍｍ以下であることを勘案すれば、成形型収容部１９に成形型５が挿入されるためには案内板２２、２３の傾斜角は０．３°以上であることが望ましい。
【００７８】
製造装置１におけるフレーム３は以上のように構成される。
［成形型移動機構４］
製造装置１の成形型移動機構４は、成形型５を、開口部２０から成形型収容部１９へ向かう方向へ移動させて成形型収容部１９に搬入するとともに、この方向と反対方向へ移動させて成形型収容部１９から成形型５を搬出するためのものであり、換言すると、フレーム３の開口部２０を介して、成形型収容部１９の内部に成形型５を挿嵌するとともに、成形型収容部１９の外部に成形型５を搬出するためのものである。
【００７９】
成形型移動機構４の構成は、特に限定を要するものではないが、例えば、油圧シリンダを駆動源とする構成、モータおよびボールねじを駆動源とする構成、モータおよびスプロケット・チェーンを駆動源とする構成、さらには、モータおよび歯車・ラックギアを駆動源とする構成等が例示される。モータは、大きな起動トルクを得られるため油圧モータやサーボモータを用いることが望ましい。
【００８０】
最も望ましい構成は、フレーム３に収容された成形型５を搬出する際、比較的大きな荷重が必要となるため、成形型５を動かす始動時の低速で高荷重（高トルク）を得られ、起動後に直ちに高速で移動することができ、さらには位置決めも容易であることから、サーボモータおよびボールねじを駆動源とする構成である。以下、この構成を説明する。
【００８１】
成形型移動機構４は、ボールねじ２８の回転運動を、下成形型７を支持する下成形型ホルダ１０に取り付けたナット２９を介して、下成形型７の直動運動に変換することにより、成形型５を駆動する。ボールねじ２８は、サーボモータ３０の回転を減速機３１、歯車３２、３３を介して、駆動される。サーボモータ３０を用いるのは、上述したように、高トルクを得易く、かつ高速駆動が容易であるため、製造装置１のサイクルタイムを短縮し易いためである
さらに、フレーム３の内部から支持台フレーム３６にかけて、ガイドレール２５ａが敷設されており、このガイドレール２５ａを、下成形型ホルダ１０の底面に装着されたスライダ２５ｂが摺動する。これにより、成形型５は、ガイドレール２５ａ上を直線的に移動することができる。
【００８２】
ガイドレール２５ａ上を、スライダ２５ｂを介して成形型５が走行するので、正確な位置決めと、高速走行とを図ることができる。
なお、成形型５とフレーム３の成形型収容部１９との嵌合の余裕を持たせるため、ガイドレール２５ａは、スプリング又は油圧シリンダ等の加圧手段によって上下方向へ可動に敷設することが望ましい。
【００８３】
また、ガイドレール２５ａおよびスライダ２５ｂによる構成に変えて、スプリングリフト方式や油圧リフト式ダイローラやダイリフタを用いるようにしてもよい。いずれにしても、成形型５の移動の抵抗を低減するために、成形型５は、ダイリフターやリニアガイドにより摺動するようにすることが望ましい。
【００８４】
図７は、製造装置１の成形型移動機構４の別の形態４−１を示す側面断面図である。
成形型移動機構４は、図１、２に示す構成に限定されるものではない。図７に示すように、油圧シリンダ３４を駆動源として成形型移動機構４−１を構成し、この成形型移動機構４−１により成形型５を走行させて、成形型収容部１９への挿嵌および出し入れを行うことも可能である。
【００８５】
製造装置１における成形型移動機構４は以上のように構成される。
製造装置１は以上のように構成される。次に、製造装置１を用いてハイドロフォーム加工品を製造する状況を説明する。
【００８６】
図８（ａ）〜図８（ｅ）は、製造装置１を用いてハイドロフォーム加工品を製造する状況を、経時的に示す説明図である。
以下に示す素材配置工程、第１工程、第２工程、第３工程およびハイドロフォーム加工品取出工程を経て、ハイドロフォーム成形品が製造されるので、これらの工程を図８を参照しながら説明する。
【００８７】
［素材配置工程］
成形型５は、フレーム３の外部で、成形型開閉機構２を用いて開放された状態で、２枚の金属板を重ねあわせてその外縁部全周を溶接されて構成される素材０が下成形型７に配置される。続いて、図８（ａ）に示すように、成形型開閉機構２のシリンダ１２のシリンダロッド１３を前進させ、ヒンジ８を支点として上成形型６を回転させて、下成形型７と当接させることにより、上成形型６が閉じられる。これにより、成形型５の内部に素材０を配置する。
【００８８】
この素材配置工程は、後述する第１工程の前に行うことが一般的であるが、第１工程と同時に行うことにより製造装置１のサイクルタイムを短縮することができるので、望ましい。
【００８９】
［第１工程］
図８（ｂ）に示すように、成形型移動機構４のサーボモータ３０を起動し、ボールねじ２８を回転させることによって、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９の内部に、停止するまで移動させることによって、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９に挿嵌する。このとき、同時に、シリンダ１２のロッド１３も後退させる。
【００９０】
このようにして、成形型５をフレーム３の成形型収容部１９に挿嵌して停止するまで移動させることによって、（ａ）フレーム３の天井面１７に装着された案内板２２により、成形型収容部１９に搬入された成形型５を構成する上成形型６を下成形型７に押し付ける押圧力と、（ｂ）フレーム３の床面に装着された案内板２３により、成形型収容部１９に搬入された成形型５を構成する下成形型７を上成形型６に押し付ける押圧力とが発生し、これにより、成形型５は充分に型締めされる。
【００９１】
［第２工程］
図８（ｃ）に示すように、図示しない注水手段を用いて、２枚金属板の間に高圧の成形液体を注入し、上下の成形型６、７に形成されたキャビティー６ａ、７ａの形状にハイドロフォーム加工することにより、ハイドロフォーム成形品３５を製造する。
【００９２】
このとき、成形圧により型開き力が生じるが、フレーム３により充分に型締めされているため、成形型５が型開きすることはない。さらに、案内面２２ａ、２３ａの傾斜角度が摩擦角以下であるため、成形圧による型開き力で成形型５がフレーム３の開口部２０へ向かって滑り移動することも防止される。
【００９３】
そして、ハイドロフォーム成形後に、成形圧を減少させ、圧抜きする。
［第３工程］
図８（ｄ）に示すように、成形型移動機構４のサーボモータ３０を起動し、ボールねじ２８を回転させることによって、成形型５をフレーム３の外部に移動させ、成形型収容部１９から成形型５を搬出する。
【００９４】
［ハイドロフォーム加工品取出工程］
図８（ｅ）に示すように、フレーム３の外部で、成形型開閉機構２のシリンダ１２のシリンダロッド１３を前進させ、ヒンジ８を支点として上成形型６を回転させて上成形型６を開け、下成形型７の内部に残存するハイドロフォーム成形品３５を取り出す。
【００９５】
このハイドロフォーム加工品取出工程は、上述した第３工程の後に行うことが一般的であるが、第３工程と同時に行うことにより製造装置１のサイクルタイムを短縮することができるので、望ましい。
【００９６】
このようにして、製造装置１によりハイドロフォーム成形品３５が製造される。
【符号の説明】
【００９７】
０  素材
１  製造装置
２、２−１、２−２  成形型開閉機構
３，３−１〜３−６  フレーム
４，４−１  成形型移動機構
５  成形型
６  上成形型
６ａ  キャビティー
６ｂ  嵌合部
６ｃ  嵌合部
７  下成形型
７ａ  キャビティー
７ｃ  通孔
８  ヒンジ
９  上成形型ホルダ
９ａ  上面
１０  下成形型ホルダ
１０ａ  下面
１１  アーム
１２  クレビスシリンダ
１３  ロッド
１４  フック
１５  昇降シリンダ
１６  空間
１７  天井面
１８  床面
１９  成形型収容部
２０  開口部
２１  フレーム構成材
２２  案内板
２２ａ  案内面
２３  案内板
２３ａ  案内面
２４ａ  締結棒
２４ｂ  ナット
２５ａ  ガイドレール
２５ｂ  スライダ
２６  溝
２７  キー
２８  ボールネジ
２９  ナット
３０  サーボモータ
３１  減速機
３２，３３  歯車
３４  油圧シリンダ
３５  ハイドロフォーム成形品
３６  支持台フレーム
３６ａ  昇降シリンダ
３６ｂ  先端
【図１】
2011240381.tif 000003
【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】
2011240381.tif 000009
【図８】
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