(57)【要約】【課題】成形品の均一性を向上できる成形装置を提供する。【解決手段】成形装置１０は、加熱された金属パイプ材料１４内に気体を供給して膨張させるブロー機構６０と、膨張した金属パイプ材料１４を接触させて金属パイプ８０のパイプ部８０ａを成形するサブキャビティ部ＭＣと、膨張した金属パイプ材料１４の一部１４ｂを押し潰すことでフランジ部８０ｂを成形する第２のキャビティ部ＳＣと、を有する一対の金型１３と、第２のキャビティ部ＳＣを加熱するヒータ２０と、を備える。【選択図】図７
2019069473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部付きの金属パイプを成形する成形装置であって、
加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、
膨張した前記金属パイプ材料を接触させて前記金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、膨張した前記金属パイプ材料の一部を押し潰すことで前記フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を有する一対の金型と、
前記第２のキャビティ部を加熱する加熱部と、を備える成形装置。
【請求項２】
前記加熱部は、前記一対の金型の少なくとも一方に埋設されている、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記一対の金型同士の間に配置されており、
前記一対の金型は、型閉時に前記加熱部を収容する収容部を有している、請求項１に記載の成形装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記第２のキャビティ部に加熱流体を供給することによって前記第２のキャビティ部を加熱する、請求項１に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ部付きの金属パイプを成形する成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって金属パイプの成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、一対の金型と、金属パイプ材料を加熱する加熱部と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備える。この成形装置では、加熱部で加熱した金属パイプ材料内に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を金型の形状に対応する形状に成形する。このとき、加熱されて膨張した金属パイプ材料は、金型に接触することによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、金属パイプにフランジ部を成形することが求められる場合がある。上述のような成形装置でフランジ部付きの金属パイプを成形する場合、フランジ部成形用の容積の小さいキャビティを金型に形成しておき、金属パイプ材料を膨張成形した後、当該フランジ部成形用のキャビティで膨張した金属パイプ材料の一部（フランジ成形部分）を押し潰すことによって、フランジ部付きの金属パイプを成形することができる。ところが、この場合、膨張成形時に金属パイプ材料が金型に接触して冷却されるため、押し潰す前にフランジ成形部分の温度が下がってしまい、フランジ部を目標の形状通りに成形できない可能性があった。このように、従来は、フランジ成形部分の温度制御が難しいことから、均一な製品を成形することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成形品の均一性を向上できる成形装置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】
【０００６】
本発明に係る成形装置は、フランジ部付きの金属パイプを成形する成形装置であって、加熱された金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、膨張した金属パイプ材料を接触させて金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、膨張した金属パイプ材料の一部を押し潰すことでフランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を有する一対の金型と、第２のキャビティ部を加熱する加熱部と、を備える。
【０００７】
この成形装置は、第２のキャビティ部を加熱する加熱部を備えている。これによって、膨張成形の後に第２のキャビティ部で押し潰すことによって成形されるフランジ部については、加熱部を用いて適切な温度に調整することが可能となる。この結果、適切な温度でフランジ部の成形を行うことが可能となり、成形品の均一性を向上できる。このように、この成形装置によれば、金型を局部的に加熱する加熱部を備えることで、均一な製品を成形することが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る成形装置では、加熱部は、一対の金型の少なくとも一方に埋設されてよい。この成形装置によれば、加熱部が金型に接触することから、加熱部による金型の調温の応答性を向上することが可能となる。また、金属パイプ材料に付着した酸化スケールが飛散して加熱部に付着してしまい、加熱部の性能が低下したり、加熱部が故障してしまうことを抑制することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る成形装置では、加熱部は、一対の金型同士の間に配置されており、一対の金型は、型閉時に加熱部を収容する収容部を有してよい。この成形装置によれば、加熱部の交換時の作業性を向上することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る成形装置では、加熱部は、第２のキャビティ部に加熱流体を供給することによって第２のキャビティ部を加熱してよい。この成形装置によれば、加熱が完了した後は加熱流体の供給を停止することで、次工程であるフランジ部の冷却へ急速に切り替えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、成形品の均一性を向上できる成形装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る成形装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、ブロー成形金型の概略横断面図である。
【図３】図２に示すブロー成形金型の概略縦断面図である。
【図４】成形装置による製造工程を示す図であって、（ａ）は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、（ｂ）は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。
【図５】成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示す図である。
【図６】電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図であり、（ｂ）は電極にブロー機構が当接した状態を示す図であり、（ｃ）は電極の正面図である。
【図７】ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした時点の状態を示す図であり、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。
【図８】変形例１のブロー成形金型を示す概略横断面図であって、（ａ）はブロー成形時の状態を示す図であり、（ｂ）はプレス時の状態を示す図である。
【図９】変形例２のブロー成形金型を示す概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〈成形装置の構成〉
図１に示すように、フランジ付きの金属パイプを成形する成形装置１０は、上型１２及び下型１１からなるブロー成形金型１３と、ブロー成形金型１３を局部的に加熱するヒータ（加熱部）２０と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させるスライド８２と、スライド８２を移動させるための駆動力を発生する駆動部８１と、上型１２と下型１１との間に金属パイプ材料１４を水平に保持するパイプ保持機構（保持部）３０と、このパイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構５０と、加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込むブロー機構（気体供給部）６０と、駆動部８１、ヒータ２０、パイプ保持機構３０、加熱機構５０及びブロー機構６０を制御する制御部７０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えて構成されている。制御部７０は、金属パイプ材料１４が焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）に加熱されたときにブロー成形金型１３を閉じるとともに加熱された金属パイプ材料１４に高圧ガスを吹込む等の一連の制御を行う。なお、以下の説明では、完成品に係るパイプを金属パイプ８０（図５（ｂ）参照）と称し、完成に至る途中の段階のパイプを金属パイプ材料１４と称するものとする。
【００１４】
下型１１は、大きな基台１５に固定されている。また下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成されて、その上面にキャビティ（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１において左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、当該スペース１１ａ内にアクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図６（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。なお、下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２で上下移動自在に支持されている。
【００１５】
なお、下型１１側に位置する一対の第１、第２電極１７、１８はパイプ保持機構３０を兼ねており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間に昇降可能に水平に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計や光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。
【００１６】
上型１２は、下面にキャビティ（凹部）２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部でスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６で吊され、ガイドシリンダ２７で横振れしないようにガイドされる。本実施形態に係る駆動部８１は、スライド８２を移動させるための駆動力を発生するサーボモータ８３を備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６として油圧シリンダを採用する場合は、動作油）を当該加圧シリンダ２６へ供給する流体供給部によって構成されている。制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られず、例えば、スライド８２に駆動部を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。なお、本実施形態では、上型１２のみが移動するものであるが、上型１２に加えて、または上型１２に代えて下型１１が移動するものであってもよい。また、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。
【００１７】
また上型１２の左右端（図１において左右端）近傍に設けられた電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７、１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ、１８ａが形成されていて（図６（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ、１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１、第２電極１７、１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ、１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ、１８ｂが形成されている。即ち、上下一対の第１、第２電極１７、１８で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の外周を全周に亘って密着するように取り囲むことができるように構成されている。 
【００１８】
次に、ブロー成形金型１３を側面方向から見た概略横断面を図２に示している。これは図１における矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿うブロー成形金型１３の横断面図であって、ブロー成形時の金型位置の状態を示している。側面視した場合、上型１２と下型１１はいずれもその表面に段差が形成されている。
【００１９】
上型１２の表面１２ｂには、キャビティ２４が形成されている。キャビティ２４は、上型１２の左右方向（図２における左右方向）中央に凹設された矩形状のメインキャビティ２４Ａと、メインキャビティ２４Ａの左右両側それぞれに凹設された矩形状のサブキャビティ２４Ｂと、を有しており、左右対称に形成されている。サブキャビティ２４Ｂは、メインキャビティ２４Ａに連通しており、メインキャビティ２４Ａよりも深さが小さくなるように形成されている。一方、下型１１の表面１１ｂには、キャビティ２４と上下方向において対称な形状を有するキャビティ１６が設けられている。キャビティ１６は、下型１１の左右方向中央に凹設された矩形状のメインキャビティ１６Ａと、メインキャビティ１６Ａの左右両側それぞれに凹設された矩形状のサブキャビティ１６Ｂと、を有しており、左右対称に形成されている。サブキャビティ１６Ｂは、メインキャビティ１６Ａに連通しており、メインキャビティ１６Ａよりも深さが小さくなるように形成されている。メインキャビティ２４Ａとメインキャビティ１６Ａ、及びサブキャビティ２４Ｂとサブキャビティ１６Ｂは、それぞれの表面が互いに平行となるように形成されている。
【００２０】
結果として、図２に示す通り、ブロー成形時の金型位置においては、上型１２のメインキャビティ２４Ａの表面と下型１１のメインキャビティ１６Ａの表面との間には、矩形状のメインキャビティ部（第１のキャビティ部）ＭＣが画成される。また、サブキャビティ２４Ｂの表面とサブキャビティ１６Ｂの表面との間には、メインキャビティ部ＭＣよりも容積の小さな矩形状のサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣが画成される。これらメインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとは連通している。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ８０におけるパイプ部８０ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣは金属パイプ８０におけるフランジ部８０ｂを成形する部分である。
【００２１】
上型１２及び下型１１には、サブキャビティ部ＳＣに沿うように、ヒータ２０が埋設されている。本実施形態では、ヒータ２０は、上型１２の２つの隅部１２ｃ及び下型１１の２つの隅部１１ｃそれぞれに埋設されている。隅部１２ｃは、メインキャビティ２４Ａの左右側面を画成すると共にサブキャビティ２４Ｂの下面を画成する部分であり、メインキャビティ２４Ａとサブキャビティ２４Ｂの深さの差の分だけメインキャビティ２４Ａの下面から突出した部分である。隅部１１ｃは、隅部１２ｃに対応する部分であり、メインキャビティ１６Ａの左右側面を画成すると共にサブキャビティ１６Ｂの下面を画成する部分である。上型１２及び下型１１それぞれにおいて、ヒータ２０はメインキャビティ２４Ａ,１６Ａに対して左右対称な位置に配置されている。また、左右方向において同一側に配置されたヒータ２０同士は、上型１２と下型１１の境界面に対して上下方向に対称な位置に配置されている。
【００２２】
上型１２側のヒータ２０を挙げてヒータ２０の配置位置について更に説明する。左右方向において、ヒータ２０は、メインキャビティ２４Ａの左右側面と重なる位置、または当該左右側面よりも外側（サブキャビティ２４Ｂ側）に配置されてよい。或いは、左右方向において、ヒータ２０は、サブキャビティ２４Ｂの左右側面と重なる位置、または当該左右側面よりも外側に配置されてもよい。なお、熱をサブキャビティ部ＳＣに供給することができる限り、左右方向において、ヒータ２０は、メインキャビティ２４Ａの左右側面よりも内側に配置されてよい。また、上下方向において、ヒータ２０は、少なくともメインキャビティ２４Ａの下面と重なる位置、または当該下面よりも下側（上型１２の表面１２ｂ側、すなわち下型１１との境界面側）に配置されてよい。あるいは、上下方向において、ヒータ２０は、熱をサブキャビティ部ＳＣに供給することができる限り、メインキャビティ２４Ａの下面よりも上側に配置されてよい。また、ヒータ２０の大きさや金型の形状や大きさによっては、上下方向において、ヒータ２０は、サブキャビティ２４Ｂの下面と重なる位置、または当該下面よりも下側に配置されてよい。さらに、ヒータ２０は、メインキャビティ２４Ａまでの最短距離よりも、サブキャビティ２４Ｂまでの最短距離が小さくなるように配置されてよい。なお、下型１１側のヒータ２０についてもこれと同様である。
【００２３】
ヒータ２０としては、カートリッジ式ヒータなどを採用してよい。ヒータ２０は、制御部７０によって制御されてサブキャビティ部ＳＣを加熱するために用いられる。ヒータ２０は、上型１２及び下型１１の長手方向においては、図３に示すように、上型１２及び下型１１における、成形時に金属パイプ材料１４が配置される範囲の全体に亘って延在するように設けられている。ただし、長手方向において、サブキャビティ部ＳＣが設けられない領域にはヒータ２０が延びていなくともよい。これによって、サブキャビティ部ＳＣの全体を加熱することが可能とされている。なお、サブキャビティ部ＳＣ全域に対応する位置にヒータ２０が配置されている必要はなく、一部に対応する位置に設けてもよい。また、長手方向において複数本に分割されたヒータ２０を用いてもよい。
【００２４】
なお、本実施形態では、ヒータ２０が一対の金型のうち、上型１２及び下型１１の双方に埋設されている例を挙げて説明したが、ヒータ２０は上型１２及び下型１１の少なくとも一方に埋設されていればよく、上型１２及び下型１１のいずれか一方のみに埋設されていてもよい。ただし、両方に埋設することで、温度分布の均一性を向上できる。また、ヒータ２０はサブキャビティ部ＳＣを加熱可能であればよく、数、配置等も本実施形態の例に限られない。例えば、本実施形態では、パイプ部８０ａの両側にフランジ部８０ｂが形成された金属パイプ８０を成形対象とした例を挙げて説明したが、パイプ部８０ａの片側のみにフランジ部８０ｂが形成された金属パイプ８０を成形対象としてもよい。この場合、キャビティ２４は左右対称な形状とならず、メインキャビティ２４Ａ,１６Ａの左右片側のみにサブキャビティ２４Ｂ,１６Ｂが設けられる。このため、この左右片側のみに設けられたサブキャビティ２４Ｂ,１６Ｂに沿うように、左右片側のみにヒータ２０が埋設されてよい。また、サブキャビティ部ＳＣの形状は、本実施形態の例に限られず、フランジ部８０ｂを成形可能でありさえすればよく、任意の形状としてよい。
【００２５】
加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１から延びて第１電極１７と第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。
【００２６】
ブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１で供給された高圧ガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２からシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。なお、シール部材４４の先端は先細となるようにテーパー面４５が形成されており、第１、第２電極のテーパー凹面１７ｂ、１８ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている（図６参照）。なお、シール部材４４は、シリンダロッド４３を介してシリンダユニット４２に連結されていて、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動することが可能となっている。また、シリンダユニット４２はブロック４１を介して基台１５上に載置固定されている。
【００２７】
圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧ガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。制御部７０は、（Ａ）から（Ａ）へ情報が伝達されることで、熱電対２１から温度情報を取得し、加圧シリンダ２６、スイッチ５３、切替弁６５及びオンオフ弁６８等を制御する。
【００２８】
水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９や上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。
【００２９】
〈成形装置の作用〉
次に、成形装置１０の作用について説明する。図４は材料としての金属パイプ材料１４を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱工程までを示している。図４（ａ）に示すように、焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料１４を準備し、この金属パイプ材料１４を、ロボットアーム等（図示しない）により、下型１１側に備わる第１、第２電極１７、１８上に載置する。第１、第２電極１７、１８には凹溝１７ａ、１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ、１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。次に、制御部７０（図１参照）は、パイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、図４（ｂ）のように、各電極１７、１８を進退動可能としているアクチュエータ（図示しない）を作動させ、各上下に位置する第１、第２電極１７、１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両端部は、上下から第１、第２電極１７、１８によって挟持される。またこの挟持は第１、第２電極１７、１８に形成される凹溝１７ａ、１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の全周に亘って密着するような態様で挾持されることとなる。ただし、金属パイプ材料１４の全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に第１、第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。
【００３０】
続いて、制御部７０は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０のスイッチ５３をＯＮにする。そうすると、電源５１から電力が金属パイプ材料１４に供給され、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体が発熱する（ジュール熱）。この時、熱電対２１の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。
【００３１】
図５は、ブロー成形後に金属パイプ材料１４に対してプレスによりフランジを成形して完成品として、パイプ部８０ａにフランジ部８０ｂが形成されたフランジ付きの金属パイプ８０を得る流れを示している。まず、制御部７０は、ヒータ２０をオンとしてサブキャビティ部ＳＣを加熱させる（この点の詳細は別途後述する）。そして、制御部７０は、パイプ保持機構３０によって上型１２と下型１１との間で保持された金属パイプ材料１４内に気体を供給するようにブロー機構６０を制御し、金属パイプ材料１４を膨張成形する。続いて、制御部７０は、ヒータ２０をオフとしてサブキャビティ部ＳＣの加熱を停止した後、膨張成形された金属パイプ材料１４の一部を上型１２及び下型１１のサブキャビティ部ＳＣで押し潰すように駆動部８１を制御し、フランジ部８０ｂを成形する。具体的には、ヒータ２０によってサブキャビティ部ＳＣを加熱させつつ、ブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。その後、シリンダユニット４２を作動させてブロー機構６０の一部であるシール部材４４で金属パイプ材料１４の両端をシールする（図６も併せて参照）。なおこのシールは、シール部材４４が直接金属パイプ材料１４の両端面に当接してシールするのではなく、第１、第２電極１７、１８に形成されたテーパー凹面１７ｂ、１８ｂを介して間接的に行われる。こうすることによって広い面積でシールできることからシール性能を向上させることができる上、繰り返しのシール動作によるシール部材の摩耗を防止し、更に、金属パイプ材料１４両端面の潰れ等を効果的に防止している。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティの形状に沿うように変形させる。そして、ヒータ２０をオフとしてサブキャビティ部ＳＣの加熱を停止した後、ブロー成形後の金属パイプ材料１４に対してフランジ部８０ｂを形成するためのプレス動作を行い（この点の詳細は別途後述する。）、型開きを行うと、完成品としてのパイプ部８０ａ及びフランジ部８０ｂを有する金属パイプ８０ができ上がる。
【００３２】
金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、４ＭＰａで常温（２５℃）の圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４内で結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６〜１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４を容易にブロー成形することができる。
【００３３】
そして、ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６（主には、メインキャビティ１６Ａ）に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４（主には、メインキャビティ２４Ａ）に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイトなど）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。
【００３４】
ここで、ブロー成形時にヒータ２０によりサブキャビティ部ＳＣを加熱する理由を説明する。上述したように、ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４は、上型１２及び下型１１に接触することで冷却される。このため、金属パイプ材料１４の一部をプレスして押し潰す前に、金属パイプ材料１４のうちのフランジ部８０ｂとなるフランジ成形部分の温度が下がってしまい、フランジ部８０ｂを目標の形状通りに成形できない可能性があった。そこで、本実施形態の成形装置１０では、ブロー成形時にヒータ２０によってサブキャビティ部ＳＣを加熱させる。これにより、ブロー成形時にフランジ成形部分がサブキャビティ部ＳＣに接触して当該フランジ成形部分の温度が下がってしまうことを抑制でき、適切な温度でフランジ部８０ｂを成形することが可能となる。本実施形態では、制御部７０は、ブロー成形の開始前からヒータ２０をオンとし、ブロー成形完了後の型閉時にヒータ２０をオフとすることで、ブロー成形時にはサブキャビティ部ＳＣを加熱された状態としつつ、フランジ部８０ｂの成形時にはサブキャビティ部ＳＣが加熱されない状態となるように、ヒータ２０を制御する。
【００３５】
なお、本実施形態では、ブロー成形の開始前からブロー成形完了までの間、ヒータ２０にサブキャビティ部ＳＣを加熱させる制御としたが、加熱のタイミングはこれに限られない。つまり、少なくともブロー成形が開始されてフランジ成形部分がサブキャビティ部ＳＣに接触する時点よりも前に加熱を行ってよく、例えばブロー成形の開始と同時に加熱を開始する制御としてもよいし、或いはブロー成形の開始前にヒータ２０をオンとして加熱しておき、ブロー成形の開始後にはヒータ２０をオフとする制御してもよい。また、ブロー成形後にヒータ２０をオンとしてもよい。例えば、サブキャビティ部ＳＣでフランジ部８０ｂを成形するときにヒータ２０をオンとしてもよい。
【００３６】
次に、図７を参照して、上型１２及び下型１１による成形の様子について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、成形途中の金属パイプ材料１４のうち、完成品に係る金属パイプ８０のパイプ部８０ａに対応する部分を「パイプ成形部分１４ａ」と称し、フランジ部８０ｂに対応する部分を「フランジ成形部分１４ｂ」と称する。図７（ａ），（ｂ）に示しているように、本発明に係る成形装置１０において、ブロー成形は上型１２と下型１１とが完全に閉じた（クランプした）状態で行われているのではない。即ち一定の離間状態が保たれていることによって、メインキャビティ部ＭＣの横にサブキャビティ部ＳＣが形成されている状態でブロー成形が行われる。当該状態では、メインキャビティ２４Ａの表面とメインキャビティ１６Ａの表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、メインキャビティ部ＭＣの左右両側において、サブキャビティ２４Ｂの表面とサブキャビティ１６Ｂの表面との間にサブキャビティ部ＳＣが形成される。これらメインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣは連通されている。このため、図７（ｂ）に示すように、加熱により軟化し且つ高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４は、メインキャビティ部ＭＣのみならずサブキャビティ部ＳＣにまで入り込んで膨張する。上述したように、このブロー成形時にはヒータ２０がオンとされてサブキャビティ部ＳＣが加熱されている。図７に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４は当該形状に合わせてブロー成形されることにより、断面矩形状に成形される。なお、当該部分が、パイプ部８０ａとなるパイプ成形部分１４ａに対応する。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて円形、楕円形、多角形等あらゆる形状を採用してもよい。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣとが連通しているため、金属パイプ材料１４の一部は、サブキャビティ部ＳＣへ入り込む。当該部分が、押し潰されることによってフランジ部８０ｂとなるフランジ成形部分１４ｂに該当する。
【００３７】
図７（ｃ）に示すように、ブロー成形後若しくはブロー成形の途中の段階で、離間している上型１２と下型１１とを接近させる。この動作によって、サブキャビティ部ＳＣの容積が小さくなり、フランジ成形部分１４ｂの内部空間が消滅し、折りたたまれた状態となる。即ち、当該上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４のフランジ成形部分１４ｂがプレスされ押し潰される。その結果、金属パイプ材料１４の外周面に、当該金属パイプ材料１４の長手方向に沿うように押し潰されたフランジ成形部分１４ｂ（当該状態では、金属パイプ材料１４は、完成品としての金属パイプ８０と同様の形状となる）が成形される。なお、これらブロー成形からフランジ部８０ｂのプレス成形完了に至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね１〜２秒程度で完了する。上述したように、このプレス成形時にはヒータ２０がオフとされてサブキャビティ部ＳＣの加熱が停止されている。図７に示す例では、プレス成形完了時には、上型１２の表面１２ｂが下型１１の表面１１ｂと当接し、上型１２と下型１１とがそれ以上近接できない状態となる。当該状態では、サブキャビティ２４Ｂの表面とサブキャビティ１６Ｂの表面との間には、押し潰されたフランジ成形部分１４ｂ（すなわちフランジ部８０ｂ）の厚さに対応する隙間が形成されている。
【００３８】
また、ブロー成形後の上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ内に入り込んでいる金属パイプ材料１４のフランジ成形部分１４ｂのみならず、メインキャビティ部ＭＣ部分の金属パイプ材料１４のパイプ成形部分１４ａも押し潰されることとなるが、加熱されて軟化しているので型閉じするスピードや圧縮ガス等を調節することによって、弛みや捩れのない製品に仕上げることができる。
【００３９】
（変形例１）
次に、図８を参照して、変形例１に係る成形装置について説明する。変形例１に係る成形装置は、ヒータが上型と下型の間に配置されている点で上記実施形態の成形装置１０と相違する。以下では、上記実施形態との相違点について特に説明し、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図８に示すように、変形例１のブロー成形金型１１３では、上型１１２の表面１１２ｂにおけるサブキャビティ２４Ｂの左右外側（サブキャビティ２４Ｂに対するメインキャビティ２４Ａとは反対側）それぞれに、矩形状の凹部１１２Ａが形成されている。また、下型１１１の表面１１１ｂにおけるサブキャビティ１６Ｂの左右外側それぞれに、矩形状の凹部１１１Ａが形成されている。これら凹部１１２Ａ，１１１Ａは、図８（ｂ）に示すように、型閉時には上型１１２と下型１１１との間に収容部（収容空間）１３０を画成する。
【００４１】
変形例１に係る成形装置では、ヒータ１２０（加熱部）は、上型１１２と下型１１１との間に配置されている。ヒータ１２０は、ブロー成形金型１１３の長手方向における外側で両端が支持されることにより固定されており、ブロー成形金型１１３とは別に設置されている。ヒータ１２０は、収容部１３０に収容されることで、型閉時（プレス成形時）においてブロー成形金型１１３と接触（干渉）しないように設けられている。ヒータ１２０は、ブロー成形時にブロー成形金型１１３を局部的に加熱するために用いられる点においては上記実施形態のヒータ２０と同様である。即ち、制御部７０は、ブロー成形前からヒータ１２０をオンとし、ブロー成形完了後の型閉時にヒータ１２０をオフとすることで、ブロー成形時にはサブキャビティ部ＳＣを加熱された状態としつつ、フランジ部８０ｂの成形時にはサブキャビティ部ＳＣが加熱されない状態となるように、ヒータ１２０を制御してよい。なお、変形例１の成形装置として、ヒータ１２０が型閉時にブロー成形金型１１３と接触しないように設けられた例を挙げて説明したが、ヒータ１２０はブロー成形金型１１３と接触するように設けられていてもよい。
【００４２】
（変形例２）
次に、図９を参照して、変形例２に係る成形装置について説明する。変形例２に係る成形装置は、ヒータに代えて加熱流体を供給する加熱流体供給部を備える点で上記実施形態の成形装置１０と相違する。以下では、上記実施形態との相違点について特に説明し、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図９に示すように、変形例２のブロー成形金型２１３では、上型２１２及び下型２１１には、加熱流体供給部２２０（加熱部）が設けられている。加熱流体供給部２２０は、隅部２１２ｃ，１１１ｃに形成された、加熱流体（高温エア）が流れる配管部２２１と、配管部２２１から延在してサブキャビティ２４Ｂ，１６Ｂの表面に開口する吹出部２２３と、を有している。変形例２に係る成形装置では、上述したヒータ２０やヒータ１２０に代えて、吹出部２２３の吹き出し口から加熱流体を供給する（ブローする）ことによってサブキャビティ部ＳＣを加熱する。加熱流体は、気体及び液体のいずれでもよく、好ましくは窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスである。変形例２に係る成形装置では、制御部７０は、ブロー成形後に加熱流体供給部２２０に加熱流体を供給させることで、ブロー成形時にサブキャビティ部ＳＣが加熱された状態となるように加熱流体供給部２２０を制御する。なお、ブロー成形時（型閉時）には、加熱流体供給部２２０からの加熱流体の供給を停止させるだけではなく、冷却流体（冷媒）を供給して吹き出し口の周りを冷却してもよい。この冷媒としては例えば気体を用いることができる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る成形装置１０の作用及び効果について説明する。
【００４５】
従来技術の成形装置を用いてフランジ部８０ｂ付きの金属パイプ８０を成形する場合、ブロー成形時に金属パイプ材料１４のフランジ成形部分１４ｂがサブキャビティ部ＳＣに接触して冷却されることで、プレス成形で押し潰す前にフランジ成形部分１４ｂの温度が下がってしまい、フランジ部８０ｂを目標の形状通りに成形できない可能性があった。
【００４６】
この点、本実施形態に係る成形装置１０は、サブキャビティ部ＳＣを加熱するヒータ２０を備えている。適切な温度でフランジ部８０ｂの成形を行うことが可能となり、成形品（金属パイプ８０）の均一性を向上できる。このように、成形装置１０によれば、ブロー成形金型１３を局部的に加熱するヒータ２０を備えることで、均一な製品を成形することが可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る成形装置１０によれば、ヒータ２０（ヒータ１２０、加熱流体供給部２２０）で加熱することによりブロー成形時（膨張成形時）におけるサブキャビティ部ＳＣの温度を調整することが可能となることから、ブロー成形時にフランジ成形部分１４ｂがサブキャビティ部ＳＣに接触してフランジ成形部分１４ｂの温度が下がってしまうことを抑制できる。
【００４８】
また、成形装置１０では、ヒータ２０が上型１２及び下型１１の少なくとも一方に埋設されていることから、ヒータ２０が上型１２又は下型１１に接触し、ヒータ２０による上型１２又は下型１１の調温の応答性が良くなるという効果が得られる。また、パイプ材料１４に付着したスケールが飛散してヒータ２０に付着してしまい、ヒータ２０の性能が低下したり、ヒータ２０が故障してしまうことを抑制できる。変形例１の成形装置では、ヒータ１１０は、ブロー成形金型１３の間（上型１２と下型１１との間）に配置されており、ブロー成形金型１３は、型閉時にヒータ１１０を収容する収容部１３０を有していることから、ヒータ２０の交換時の作業性が良くなるという効果が得られる。変形例２の成形装置では、加熱流体供給部２２０は、サブキャビティ部ＳＣに加熱流体を供給することによってサブキャビティ部ＳＣを加熱することから、加熱が完了した後は加熱流体の供給を停止することで次工程であるフランジ部の冷却へ急速に切り替えることが可能となるという効果が得られる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００５０】
上記成形装置１０では、上下金型の間で加熱処理できる加熱機構５０を備え、通電によるジュール熱を利用して金属パイプ材料１４を加熱していたが、これらに限定されるものではない。例えば、加熱処理が上下金型の間以外の場所で行われ、加熱後の金属製パイプを金型間に運び込んでもよい。また、通電によるジュール熱を利用する以外にも、ヒータ等の輻射熱を利用してもよいし、高周波誘導電流を利用して加熱することも可能である。
【００５１】
高圧ガスは、窒素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガスや不活性ガスを主に採用できるが、これらは金属パイプ内に酸化スケールを発生しづらくさせることができるものの、高価である。この点、圧縮空気であれば、酸化スケールの発生により大きな問題を生じさせない限り、安価であり、大気中に漏れても実害はなく、取扱いが極めて容易である。したがって、ブロー工程を円滑に実行することができる。
【００５２】
ブロー成形金型は無水冷金型と水冷金型の何れでもよい。ただし、無水冷金型は、ブロー成形終了後に金型を常温付近まで下げるときに、長時間を要する。この点、水冷金型であれば、短時間で冷却が完了する。したがって、生産性向上の観点からは、水冷金型が望ましい。
【符号の説明】
【００５３】
１０…成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…ブロー成形金型（一対の金型）、１４…金属パイプ材料、１４ａ…パイプ成形部分、１４ｂ…フランジ成形部分、１６，２４…キャビティ、１６Ａ，２４Ａ…メインキャビティ、１６Ｂ，２４Ｂ…サブキャビティ、２０，１２０…ヒータ（加熱部）、３０…パイプ保持機構（保持部）、５０…加熱機構、６０…ブロー機構（気体供給部）、７０…制御部、８０…金属パイプ、８０ａ…パイプ部、８０ｂ…フランジ部、８１…駆動部、８２…スライド、２２０…加熱流体供給部（加熱部）、ＭＣ…メインキャビティ部（第１のキャビティ部）、ＳＣ…サブキャビティ部（第２のキャビティ部）。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月28日(2019.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部付きの金属パイプを成形する成形装置であって、
膨張した金属パイプ材料を接触させて前記金属パイプのパイプ部を成形する第１のキャビティ部と、膨張した前記金属パイプ材料の一部を押し潰すことで前記フランジ部を成形する第２のキャビティ部と、を有する一対の金型と、
前記第２のキャビティ部を加熱する加熱部と、を備え、
前記加熱部は、少なくとも前記フランジ部を形成する時に、前記金型におけるパイプ成形面よりもフランジ成形面の温度を高くする、成形装置。
【請求項２】
前記加熱部は、少なくとも膨張した前記金属パイプが前記第２のキャビティ部に接触する前に加熱を行う、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記フランジ部の成形時には、前記第２のキャビティ部が加熱されない状態となるように制御される、請求項２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記一対の金型の少なくとも一方に埋設されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の成形装置。
【請求項５】
前記加熱部は、前記第２のキャビティ部に加熱流体を供給することによって前記第２のキャビティ部を加熱する、請求項１〜３の何れか一項に記載の成形装置。