(57)【要約】【課題】従来よりも容易に中空段付き管を製造することができ、かつ、強度および寸法精度についても従来と同等以上の特性が得られる中空段付き管の製造方法を提供すること。【解決手段】素管１０を準備し、太径ダイス５１と細径ダイス５２とを備え、両者を同軸線上に配置した抽伸装置５を用いる。素管１０の先端を細径部１２よりも小さい外径となるよう加工して口付け部１５を形成し、口付け部１５を先頭にして、太径ダイス５１及び細径ダイス５２を順次通過させる２段同時抽伸加工を施し、素管１０の全長が細径ダイス５２を通過する前に抽伸加工を停止する。太径ダイス５１及び細径ダイス５２を通過させて形成した細径部１２と、太径ダイス５１のみを通過させて形成した太径部１１と、細径ダイス５２の入側において縮径途中の状態の部分からなる細径部１２と太径部１１との間に介在する境界部１３とを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太径部と、該太径部よりも外径の小さい細径部と、これらの間に介在する境界部とを一体的に備えた中空管である中空段付き管を製造する方法であって、
上記太径部よりも外径が大きい素管を準備し、
上記太径部の外径に相当する孔径を有する太径ダイスと、上記細径部の外径に相当する孔径を有する細径ダイスとを備え、両者を同軸線上に配置した抽伸装置を用い、
上記素管の先端を上記細径部よりも小さい外径となるよう加工して口付け部を形成し、
該口付け部を先頭にして、上記太径ダイス及び上記細径ダイスを順次通過させる２段同時抽伸加工を施し、かつ、上記素管の全長が上記細径ダイスを通過する前に抽伸加工を停止し、
上記太径ダイス及び上記細径ダイスを通過させて形成した上記細径部と、上記太径ダイスのみを通過させて形成した上記太径部と、上記細径ダイスの入側において縮径途中の状態の部分からなる上記細径部と上記太径部との間に介在する上記境界部とを得る、
中空段付き管の製造方法。
【請求項２】
上記細径ダイスによる抽伸加工は、上記素管内に上記細径部の内径規制用のプラグを挿入配置して行う、請求項１に記載の中空段付き管の製造方法。
【請求項３】
上記中空段付き管は、インストルメントパネルリィンフォースメント用である、請求項１又は２に記載の中空段付き管の製造方法。
【請求項４】
上記太径ダイスによる抽伸加工は、５〜１０％の断面減少率の範囲で行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の中空段付き管の製造方法。
【請求項５】
上記細径ダイスによる抽伸加工は、上記太径ダイスと上記細径ダイスの総断面減少率が４０〜６０％となる断面減少率の範囲で行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の中空段付き管の製造方法。
【請求項６】
上記太径ダイスと上記細径ダイスの配置間隔は、６００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の中空段付き管の製造方法。
【請求項７】
上記素管の外径Ｄ0と上記細径部の外径Ｄ2及び上記素管の肉厚ｔ0と上記細径部の肉厚ｔ2は、４０＜〔１-｛Ｄ22−（Ｄ2−２×ｔ2）2｝／｛Ｄ02−（Ｄ0−２×ｔ0）2｝〕×１００＜６０の範囲内である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の中空段付き管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車におけるインストルメントパネルリィンフォースメント等に用いることができる中空段付き管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から自動車などの輸送機器の軽量化が求められている。この軽量化を達成するために、構造体の素材として、鉄鋼材料よりも軽量のアルミニウム合金がしばしば用いられる。アルミニウム合金が構造体として使用される場合、一つの構造体の中で、部位により異なる強度が必要とされる場合や、長手方向で外径等の寸法を変化させることが求められる場合がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インパネリィンフォースメントにおいて、断面形状が大小異なる中空押出形材をボルト締結することによって、長手方向において形状が異なる部品を構成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５３３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、断面形状の大小異なる中空材、つまり、大径の中空材と小径の中空材を組み合わせる製造方法では、径の異なる二種類の中空材を準備する必要がある。また、大径の中空材の内部に小径の中空材を挿入し、重なり合った部分にボルトを貫通させて連結する構成が示されているが、この構成では、ボルトによる重量増が生じ、素材としてアルミニウム合金を用いることによるメリットが低減される。また、ボルト止めされた構造体は、機械的に一体化しただけで、中空材同士は別体のままであるため、ボルトの緩みなどにより一体化の安定性に不安が残る。また、径の異なる中空材を溶接により一体化させることも考えられるが、この場合においても、径の異なる二種類の中空材を準備する必要がある点に違いはなく、さらに、溶接工程の増加を要するうえに、溶接時の熱の影響により、寸法精度を維持することが困難となることがある。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、従来よりも容易に中空段付き管を製造することができ、かつ、強度および寸法精度についても従来と同等以上の特性が得られる中空段付き管の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、太径部と、該太径部よりも外径の小さい細径部と、これらの間に介在する境界部とを一体的に備えた中空管である中空段付き管を製造する方法であって、
上記太径部よりも外径が大きい素管を準備し、
上記太径部の外径に相当する孔径を有する太径ダイスと、上記細径部の外径に相当する孔径を有する細径ダイスとを備え、両者を同軸線上に配置した抽伸装置を用い、
上記素管の先端を上記細径部よりも小さい外径となるよう加工して口付け部を形成し、
該口付け部を先頭にして、上記太径ダイス及び上記細径ダイスを順次通過させる２段同時抽伸加工を施し、かつ、上記素管の全長が上記細径ダイスを通過する前に抽伸加工を停止し、
上記太径ダイス及び上記細径ダイスを通過させて形成した上記細径部と、上記太径ダイスのみを通過させて形成した上記太径部と、上記細径ダイスの入側において縮径途中の状態の部分からなる上記細径部と上記太径部との間に介在する上記境界部とを得る、
中空段付き管の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記中空段付き管の製造方法においては、上記太径ダイスと細径ダイスとを備えた抽伸装置を用いて、上記２段同時抽伸加工を施し、上記のごとく、素管の全長が細径ダイスを通過する前にこの抽伸加工を停止する。これにより、上記太径ダイス及び上記細径ダイスを通過して形成された細径部と、太径ダイスのみを通過して形成された太径部とを形成できると共に、細径ダイスの入側における縮径途中の状態の部分からなる境界部を形成することができる。そして、この境界部により太径部と細径部とを一体的に連ねた中空段付き管を得ることができる。すなわち、２段同時抽伸加工という一つの工程を経るだけで、一つの素管から中空段付き管を形成することができる。そのため、太径部用の素管と細径部用の素管の２種類の材料を準備することが不要で、一種類の素管のみを準備すればよく、従来よりも容易に中空段付き管を製造することが可能となる。
【０００９】
上記細径部は、上記太径ダイスと細径ダイスとを用いた２回の抽伸加工を経て形成される。そのため、１回の成形では困難なサイズまで小径化することができ、さらに広い用途に対応することが可能となる。
【００１０】
上記細径部だけでなく、太径部も抽伸加工が施される。そのため、抽伸加工による寸法精度の向上効果を両方の部位において得ることができる。さらに、抽伸加工による加工硬化によって強度向上効果も得られ、抽伸時の加工度の設定によって強度調整を行うことも可能となる。
【００１１】
このように、上記中空段付き管の製造方法によれば、従来よりも容易に中空段付き管を製造することができ、かつ、強度および寸法精度についても従来と同等以上の特性が得られる中空段付き管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例における、（ａ）抽伸加工開始直前の口付け部を太径ダイスに挿入する際の状態、（ｂ）細径部の成形を開始する際の状態、（ｃ）抽伸加工が完了した状態、（ｄ）得られた中空段付き管、をそれぞれ示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうる。
【００１４】
上記中空段付き管における太径部及び細径部の断面形状は、円形状あるいは多角形状等の抽伸加工可能な種々の形状を採用することが可能であるが、円形状が特に好ましい。太径部及び細径部の断面形状が円形状（リング状）である場合には、全方位からの曲げ剛性を高めることができると共に、他の形状の場合よりも成形が容易である。また、側面に平坦な面を設けることにより、前後の部品との連結が容易になる場合があるので、断面形状は、要求品質に応じて適宜選択できる。
【００１５】
太径部と細径部との間に形成される上記境界部は、上記細径ダイスの軸方向の孔形状に対応した形状に成形される。ダイスの軸方向孔形状は、テーパ状あるいは円弧状にする場合があるが、その形状の選択によって上記境界部の外観形状を制御することができる。
【００１６】
上記素管としては、例えば、押出加工によって製造されたアルミニウム合金管を用いることができる。素管の製造方法としては、公知の種々の方法が適用できる。なお、素管は、得ようとする中空段付き管の太径部の外径よりも大きい外径のものを選択する必要がある。
【００１７】
素管に抽伸加工を施す抽伸装置としては、上述したごとく、上記太径部の外径に相当する孔径を有する太径ダイスと、上記細径部の外径に相当する孔径を有する細径ダイスとを備え、両者を同軸線上に配置した抽伸装置を用いる。上記太径ダイスと細径ダイスとの間隔は、得ようとする中空段付き管のサイズ等によって最適範囲が異なってくる。少なくとも、両ダイスの間隔は、得ようとする中空段付き管の太径部の長さ以上の長さが必要である。なお、太径ダイスと細径ダイスとを相対的に移動可能に配置し、上記間隔を変更できるようにすることも考えられるが、この場合においても、成形完了時には、太径部の長さ以上の長さの間隔を設ける必要がある。
【００１８】
加工時の安定性を考慮すると、太径ダイスを素管の全長が通過した直後で抽伸加工を終了することができる間隔に設定することが最も好ましい。すなわち、得ようとする中空段付き管の太径部の長さに若干の余裕分を加えた程度の間隔に設定することが好ましい。
【００１９】
太径ダイスと細径ダイスの両方で同時に抽伸加工を行っている状態は比較的安定した加工状態を維持できるが、素管の後端が太径ダイスを通過した後に更に細径ダイスだけで抽伸を長く続ける場合には、太径部を支持するものがないために安定的であるとは言えない。そのため、上述したごとく、太径ダイスを素管の全長が通過した直後で抽伸加工を終了することが好ましい。なお、素管の後端部を太径ダイスの入側に残したまま抽伸を終了することも可能であるが、この場合には、成形後の中空段付き管を抽伸装置から抜き出す作業が困難となるだけでなく、材料歩留まりも低下するのであまり好ましくない。
【００２０】
例えば、太径ダイスと細径ダイスの間隔は、６００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲とすることが好ましい。後述するインストルメントパネルリィンフォースメント等の用途を考慮すると、上記特定の範囲の間隔とすることによって、太径部及び細径部の必要な長さを確保しつつ、安定的な加工状態を確保することができる。
【００２１】
上記抽伸装置を用いて上記素管を加工する際には、素管の先端を上記細径部よりも小さい外径となるよう加工して口付け部を形成する。具体的には、素管の先端を縮径するように潰して、引き抜き力を付与するチャックでクランプできるように口付け部を設ける。そして、口付け部を先頭にして、上記太径ダイス及び上記細径ダイスを順次通過させる２段同時抽伸加工を施す。
【００２２】
上記口付け部をチャックでクランプするタイミングとしては、口付け部が太径ダイスを通過する前あるいは通過した後のいずれの方法も取りうる。また、太径ダイスと細径ダイスとを相対的に移動可能な可動式としておき、抽伸加工開始時には太径ダイスと細径ダイスの間の距離を縮めておき、最初から細径ダイスを通過させた口付け部をチャックによりクランプし、抽伸加工開始と共に太径ダイスと細径ダイスとの距離を所定距離に移動させる方法をとることもできる。
【００２３】
上記太径ダイス、細径ダイス、それぞれのダイスの入側では、抽伸油を材料に供給することが好ましい。抽伸油としては、粘度が２００〜３００ｃｓｔ程度であることが好ましい。この粘度範囲の抽伸油を選択することにより、材料に供給した状態で適度にダイスの加工孔内に供給することができ、高い加工度での加工が行い易くなり、油不足による焼き付き防止にもつながる。
【００２４】
上記細径ダイスによる抽伸加工は、上記素管内に上記細径部の内径規制用のプラグを挿入配置して行うことが好ましい。プラグの挿入配置は必須要件ではないが、これを行うことにより、得られる細径部の内面形状の安定性向上及び内径寸法の精度向上などの効果を得ることができる。
【００２５】
使用するプラグとしては、通常の抽伸加工で使用されるような、プラグがロッドにより固定されるものでもよいし、ロッドのないフローティングプラグを使用してもよい。フローティングプラグを使用する場合、細径ダイスによる加工開始直前で素管の引抜きを一旦停止し、プラグが細径ダイスにおける加工部に安定的に位置するように、フローティングプラグを挿入配置後、太径部に加工された素管の外周面を若干内方に潰す加工を行って、プラグ位置を細径ダイス前に固定してから細径ダイスによる抽伸加工を開始することもできる。
【００２６】
上記中空段付き管は、インストルメントパネルリィンフォースメント用であることが好ましい。自動車用のインストルメントパネルリィンフォースメントとしては、前述の特許文献１にも記載されているように、自動車のダッシュボードの内部において、車体の幅方向に沿って配置されると共に、ステアリングシャフト、各種の計器類、エアコン、又はエアバッグ等を支持するための取付ブラケットを固定するためものである。そして、一般に、インストルメントパネルリィンフォースメントは、運転者側の太径の管と助手席側に位置する細径の管とを有する構成となる。そのため、上述した製造方法により製造された太径部と細径部とこれらの間に介在する境界部とを一体的に備えた中空段付き管は、インストルメントパネルリィンフォースメントに適用することができる。
【００２７】
そして、上記製造方法により製造された中空段付き管よりなるインストルメントパネルリィンフォースメントは、一本の素管から製造された１ピースの部品からなり、上記太径部、境界部及び細径部が完全に一体化している。そのため、ボルト止めあるいは溶接等によって太径部と細径部とを連結した場合よりも高い構造安定性を容易に確保することができる。また、太径部と細径部の両方が抽伸加工されているため、外径寸法精度が非常に高く、自動車部品として好適に利用できる。また、太径部と細径部に求められる強度特性に対しても、素管の寸法、太径ダイス及び細径ダイスの孔径等を調整して各部の加工度を調整することにより、比較的容易に対応することができる。
【００２８】
上記太径ダイスによる抽伸加工は、５〜１０％の断面減少率の範囲で行うことが好ましい。太径ダイスによる抽伸における断面減少率が５％未満の場合には、十分な加工硬度が得られないおそれがある。一方、太径ダイスによる抽伸における断面減少率が１０％を超える場合には、細径ダイスで抽伸加工した際に、総断面減少率が大きくなり材料が加工途中で破断するおそれがある。
【００２９】
上記細径ダイスによる抽伸加工は、上記太径ダイスと上記細径ダイスの総断面減少率が４０〜６０％となる断面減少率の範囲で行うことが好ましい。細径ダイスによる抽伸における断面減少率が、太径ダイスと合わせた総断面減少率が４０％未満となる断面減少率の場合には、最終的に得られる細径部の断面減少率が低いため、太径部よりも断面積の小さいと細径部を備えることによる軽量化効果が十分にはえられないおそれがある。一方、細径ダイスによる抽伸における断面減少率が６０％を超える場合には、加工限界を超えて材料が加工途中で破断する可能性がある。
【００３０】
上記素管の外径Ｄ0と上記細径部の外径Ｄ2及び上記素管の肉厚ｔ0と上記細径部の肉厚ｔ2は、４０＜〔１-｛Ｄ22−（Ｄ2−２×ｔ2）2｝／｛Ｄ02−（Ｄ0−２×ｔ0）2｝〕×１００＜６０の範囲内であることが望ましい。この範囲外の場合は、抽伸切れなどのおそれがある。
【００３１】
なお、上記素管の材質は特に限定されないが、加工性、および所定の強度を確保することを考慮すると、３０００系、５０００系、又は６０００系のアルミニウム合金を用いることが好ましい。
【００３２】
６０００系のような熱処理により強度が得られる合金については、抽伸加工後の中空段付き管に対して、時効処理（熱処理）を施してもよい。時効処理としては、例えば、１８０℃〜２２０℃の温度に１〜４ｈｒ保持する条件で行うことができる。この場合には、太径部と細径部の加工硬化による強度差が小さい方がよいという強度要求があった場合に、時効処理を施すことによって対応可能である。例えば、太径部と細径部の断面減少率差が４０％である場合、加工硬化による強度差は２５Ｈｖ程度に及ぶことがあるが、これに時効処理を施すことで強度差を１０Ｈｖ以下とすることができる。すなわち、長手方向において断面減少率が異なる加工履歴があっても、熱処理追加により全長においてほぼ同じ強度の中空段付き管を得ることができる。この場合には、中空段付き管に対して機械加工を施す場合に、部位によらず、同じ加工を施しやすくなるといったメリットがある。
【００３３】
３０００系、５０００系合金を使用する場合には、上述したように、素管の外径、太径ダイス及び細径ダイスの孔径の設定によって加工度を調整し、各部の強度を調整することが可能である。
【実施例】
【００３４】
上記中空段付き管の製造方法にかかる実施例について説明する。本例では、図１（ｄ）に示すごとく、太径部１１と、太径部１１よりも外径の小さい細径部１２と、これらの間に介在する境界部１３とを一体的に備えた中空管である中空段付き管１を製造する。
【００３５】
抽伸装置としては、図１（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、太径部１１の外径φ７０ｍｍに相当する孔径を有する太径ダイス５１と、細径部１２の外径φ５５ｍｍに相当する孔径を有する細径ダイス５２とを備え、両者を太径部１１の所望長さ以上の間隔Ｄ（本例では、Ｄ＝６００ｍｍ）を設けて同軸線上に配置した抽伸装置５を用いる。
【００３６】
そして、まずは、表１に示す材質−質別のアルミニウム合金よりなる中空押出材を素管１０として準備した。素管（中空押出材）１０の寸法は、外径φ７６ｍｍ、板厚２．０ｍｍ、長さ１８００ｍｍであり、断面形状が円形の円筒管である。
【００３７】
次に、各素管１０の先端を細径部１２よりも小さい外径となるよう加工して口付け部１５を形成する。本例では、先端の約２００ｍｍ長さの部分を外径がφ３０ｍｍ程度となるまで縮管して口付け部１５とした。
【００３８】
そして、図１（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、口付け部１５を先頭にして、太径ダイス５１及び細径ダイス５２を順次通過させる２段同時抽伸加工を施す。このとき同図に示すごとく、ロッド６１の先端に接続されたプラグ６を素管１０の後端開口部から内部に挿入し、細径ダイス５２の入側に配置する。プラグ６は、先端外径がφ５１．２ｍｍであり、細径部１２の肉厚の狙い値を１．４ｍｍとしている。
【００３９】
この２段同時抽伸加工においては、素管１０の全長が細径ダイス５２を通過する前に抽伸加工を停止する。本例では、素管１０の後端１９が太径ダイス５１を通過した直後に停止する。このようにして、図１（ｄ）に示す中空段付き管１が得られる。本例では、すべての中空段付き管１に対して、追加の熱処理は行わなかった。
【００４０】
得られた全ての中空段付き管１について、太径部１１と細径部１２の表面硬さ（ビッカース硬さ）を測定した。また、参考のために、素管１０の表面硬さも示した。表面硬さは、各部の定常部において３点測定し、これらを平均した値を用いた。中空段付き管１の状態においては、太径部１１及び細径部１２共に、素管１０における表面硬さよりも硬さが向上し、強度アップが図れていることがわかる。また、インストルメントパネルリィンフォースメントにおいては、太径部及び細径部の両方において少なくとも５０Ｈｖ以上の硬さが必要であると考えられるが、本例において作製したすべての中空段付き管１は、その要件を満たし、インストルメントパネルリィンフォースメントに適用可能であることが分かった。
【００４１】
【表１】
2019098352.tif 000003
【００４２】
（実施例２）
本例では、実施例１における素管を用い、太径部及び細径部の寸法を変更した複数の試験を行った結果を示す。表２に示すごとく、本例では、９種類の素管に対して、それぞれ３種類の寸法の試験、つまり、合計２７種類の試験を行い、実施例１と同様の評価を行った。なお、合格不合格は、あくまでも現段階の要求に対するインストルメントパネルリィンフォースメントへの適用性に関するものであり、他用途においては合格と判断される場合もあり得る。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示すごとく、すべての材質において、素管から太径部への断面減少率が５％以上（８．１％）の場合には、太径部の表面硬さが５０Ｈｖ以上となり、インストルメントパネルリィンフォースメントにおける要求強度を満たす一方、素管から太径部への断面減少率が１０％を超える場合には、素管から細径部へのトータルの断面減少率の６０％超え（６３．５％）につながり、抽伸工程途中で管が切れてしまうという加工性の問題につながった。従って、上記中空段付き管の製造方法を適用する場合には、太径ダイスによる抽伸加工は、素管から太径部への断面減少率が５〜１０％の範囲で行い、かつ、細径ダイスによる抽伸加工は、素管から細径部へのトータルの断面減少率が６０％以下の範囲となるように行うことが好ましいことがわかる。また、トータルの断面減少率が４０％未満の場合には、強度としては合格しても、細径部の軽量化効果が低いので、インストルメントパネルリィンフォースメントとしては不合格とした。
【符号の説明】
【００４５】
１  中空段付き管
１０  素管
１１  太径部
１２  細径部
１３  境界部
１５  口付け部
５  抽伸装置
５１  太径ダイス
５２  細径ダイス
６  プラグ
【図１】
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