(57)【要約】【課題】枝張り出し系のハイドロフォーム加工を行う際、張り出し部付近の材料の流動方向を積極的に変化させて、成形不良を防止させる製造方法を提供すること。【解決手段】張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法であって、金型１０、２０内表面部１１、２１の一部５１を材料１の表面に沿って移動可能とし、この移動可能な金型内表面部５１の移動により、材料１を張り出し部１３方向へ流動させる。好適には、略円筒形状の本体を有するリング部材５０を金型１０、２０と独立して回転自在に構成することで、加工時に生じる高圧によって材料１に従って内表面５１を移動させて、金型１０、２０の張り出し部１３付近の材料１の素材を張り出し部１３に向って流動させる。ただし、リング部材５０の移動手段を別途設けて、材料１を強制的に流動させてもよい。【選択図】　　　　図１
2004114078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法において、金型内表面部の一部を材料表面に沿って移動可能とし、前記移動可能な金型内表面部の移動により、前記材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記移動可能な金型内表面部に前記金型に対する係合手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動可能な金型内表面部の摩擦係数を部分的に変更し、前記移動可能な金型内表面部と前記材料の外表面との間に生じる摩擦により、前記移動可能な金型内表面部の移動に伴い前記材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記部分的な摩擦係数の変更を金型内表面部の表面粗さの変更で行い、該表面粗さは小さい部分でＲａ＜３、大きい部分で３＜Ｒａ＜１５としたことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記移動可能な金型内表面部の移動手段を別途設けたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記移動可能な金型内表面部の移動は、前記材料の流れに引っ張られることにより得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記移動可能な金型内表面部は前記金型内表面と面一な内面を備えたリング形状であり、該リング形状の回転により材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記リング形状は分割することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記リング形状の内面のうち、１０〜３０％の範囲の摩擦係数を前記内面の他の摩擦係数より大きくしたことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記リング形状を隣接して複数設け、隣り合うリング形状を互いに反対方向へ回転させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記金型と前記移動可能な金型内表面部との間に潤滑材を注入することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、枝張り出し系のハイドロフォーム加工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイドロフォーム加工法は、液圧によって部品を成形する工法であり、金型に例えば中空形状の材料パイプを装着し、材料パイプの内部に液体を充填した後、軸方向に材料パイプを押し込みながら液圧を上げることで材料パイプを加圧圧縮して、金型に倣わせて成形する工法である。ハイドロフォーム加工法は部品点数の削減や連続的な断面形状変化の自由度に優れ、このため自動車部品においても、例えば継ぎ手構造や曲げ構造等の複雑形状の中空部品を一体成形する際に利用されている。一般的にハイドロフォーム加工法は拡管が主な成形目的である拡管系と、枝張り出しが主な成形目的である枝張り出し系とに分類できるが、拡管系と比較して、枝張り出し系の場合には加工制御は困難であることが知られている。
【０００３】
例えば、図６の（Ａ）に示す材料パイプ１にハイドロフォーム加工を行って、図６の（Ｂ）または（Ｃ）に示す形状まで変形する場合、符号２及び３に示す破線で囲む付近では軸押しの効果を得ることが難しいことが知られている。特に、図６の（Ｃ）に示すように略Ｔ字形状に張り出し部３を成形する場合、軸押しによる効果が足りないと、張り出し部３側の大きさを大きく取ることができず、設計面に限界を与えることになる。さらに、張り出し部３側に十分な材料が流れない場合には、張り出し部３側に減肉による成形限界を生じさせ、そしてこの反対側４に極端な増肉や座屈等の現象を生じさせて成形不良を生じさせる場合がある。
ここで図７を参照して、図６の（Ａ）に示す材料パイプ１に対して、図６の（Ｃ）に示すように略Ｔ字形状に張り出し部３を備える場合のハイドロフォーム加工についてより具体的に説明する。
【０００４】
図７の（Ａ）は従来のハイドロフォーム加工に用いる成形装置を示す略図であって、金型に断面が円形状で軸方向Ｘ−Ｘに延びる筒状部１２と、材料パイプ１に張り出し形状３を備えるために筒状部１２の内部と連通するように分岐する中空状の張り出し部１３を備え、そして、筒状部１２と張り出し部１３との交差部に符号１４に示すようにフィレットを形成して、このフィレット１４に沿って、材料パイプ１が滑らかに変形できるようにする。そして、図６の（Ａ）に示した材料パイプ１を金型内に取り付けて、図７の（Ｂ）に示すように、材料パイプ１の内部に液体Ｗを充填した後、軸方向Ｘ−Ｘに材料パイプ１を押し込みながら液圧を上げることで材料パイプ１を中空状の張り出し部１３内に逃すように、金型の内表面（成形面）１１、２１に倣わせて、図６の（Ｃ）に示すように成形する。
しかしながら、従来のハイドロフォーム加工法では、金型内の材料パイプ１の素材の流れを制御する手段は軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂに限られており、筒状部１２の軸方向Ｘ−Ｘに対して垂直方向Ｙ−Ｙに向う張り出し部１３付近では材料パイプ１の素材の流れの制御が困難であった。この流れの制御が十分に行われない場合には、軸押しによって押される材料パイプ１の素材の流れが軸方向Ｘ−Ｘに張り出し部３側とこの反対側４（図６の（Ｃ）参照）にほぼ同量供給されるため、張り出し部３側では張り出し量が増加するに従い、図７の（Ｂ）の符号５に示すように肉厚減少が起こり、最終的には破裂に至る場合があった。そしてこの反対側４（図６の（Ｃ）参照）では、図７の（Ｂ）の符号６に示すように過度の増肉が起こり、さらに、符号７に示すように軸押し量の増加に従って材料パイプ１の中央の手前側で座屈が生じる場合があった。
【０００５】
このように、枝張り出し系の場合には、張り出し部１３において成形方向を変化させる必要があるが、しかし、金型内に装着した材料パイプ１を加圧圧縮してハイドロフォーム加工を行う際に、非常に高い圧力が材料パイプ１の外表面と金型の内表面１１、２１との間に生じるため、材料パイプ１の素材の流動方向に変化を加えることが困難であった。さらに、通常、ハイドロフォーム加工法では外部より金型内の材料パイプ１の素材の流れを制御する手段は軸押し手段３０Ａ、３０Ｂに限られるが、しかし、枝張り出し系の場合では軸押しによって材料パイプ１の素材の流れに影響を与えることができるのは軸押しに近い金型外側近辺と軸押しに平行な領域に限られ、軸押しから離れる枝張り出し部１３の近傍では十分な軸押しの効果を得ることが難しい。従って、枝張り出し系の場合には、拡管系と比較して成形不良が生じる惧れが高く、従来、ハイドロフォーム加工をより効果的に行うために様々な工夫がなされている。
【０００６】
例えば、従来のハイドロフォーム加工装置では、型内の管素材（材料パイプ）に内圧と軸圧縮荷重を付加し、材料パイプの一部に膨出部を形成する際、材料パイプの素材の流動方向が軸方向から膨出方向に変わる部分の型面に、略平面部を形成することにより、相対する素材の流れを円滑に膨出部成形型穴へ変向させて送り込めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のハイドロフォーム加工法では、金型の内部にセットした素材管（材料パイプ）の内面に液体圧を加えながら軸押しする際、金型の内表面に出入り可能な補助冶具を設けておき、加圧の初期に補助冶具を突出させることにより材料パイプと金型との摩擦力を低減させ、加圧の中期に補助冶具を金型内部に完全に後退させ、最終形状にまで仕上げることにより、特に加圧の初期における摩擦力を軽減し、素材の供給をスムーズに行えるようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−８４６２３号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５９２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、略平面部を形成することで材料パイプの素材の流動方向を変化させているに過ぎず、金型内での材料パイプの素材の流れを積極的に制御するものではない。さらに、この装置では、部品に略平面部を形成することを必要とするため、部品のデザインに限定を加えており、部品に略平面部を形成することが好ましくない場合には使用することができなかった。
また、上記特許文献２に記載の方法では、金型内に出没入可能な補助冶具を設けて、加圧の初期にこの補助冶具を突出させることにより材料パイプと金型との摩擦力を低減させ、素材の流動方向を促しているが、この場合、軸押し方向の材料パイプの素材の流れを改善できても、この素材の流動方向を変化することはできなかった。さらに、この方法では、補助冶具によって流動パイプを押圧接するため、この押圧力が強い場合には材料パイプとの圧接部位に痕を残し、部品の商品性を低下させる惧れを残していた。
【０００９】
このように、従来、枝張り出し系のハイドロフォーム加工をより効果的に行うために様々な工夫がなされてきたが、しかし、枝張り出し系のハイドロフォーム加工を行う際、張り出し部付近の材料パイプの素材の流動方向を積極的に変化させて、成形不良を防止させる製造方法は公知ではなかった。
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、枝張り出し系のハイドロフォーム加工を行う際、張り出し部付近の材料パイプの素材の流動方向を積極的に変化させて、成形不良を防止させる製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明においては、張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法において、金型内表面部の一部を材料表面に沿って移動可能とし、前記移動可能な金型内表面部の移動により、前記材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする。この構成では、従来のハイドロフォーム加工法では金型内の材料の流れを制御する手段は軸押しに限られていたため、特に金型の張り出し部付近では材料の流れの制御が困難であったのに対して、金型内表面部の一部を材料表面に沿って移動可能とすることにより金型内での材料の流れに変化を生じさせる手段を新規に提供して、金型の張り出し部付近の材料を張り出し部に向ってより滑らかに流動させることを可能にして、材料に過度の減肉や座屈が生じるのをより効果的に防ぐとともに、張り出し部の大きさをより大きくすることができる。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記移動可能な金型内表面部に前記金型に対する係合手段を設けたことを特徴とする。
この構成では、部品の取り出しを容易にするために金型を分離自在に構成する際、この金型を上下に分離させても移動可能な金型内表面部を金型と係合させることで金型から移動可能な金型内表面部が脱落するのを防止できる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記移動可能な金型内表面部の摩擦係数を部分的に変更し、前記移動可能な金型内表面部と前記材料の外表面との間に生じる摩擦により、前記移動可能な金型内表面部の移動に伴い前記材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする。
この構成では、金型内表面部の摩擦係数に変化を設けることにより、この内表面部に均等な力が働いても、摩擦係数の部分的な変化によって金型内表面部を一方向に移動可能とすることができ、簡単な手段から、金型内表面部の移動に材料を追従しやすくして、材料の流れの制御を行うことができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載した発明においては、請求項３に記載されたものにおいて、前記部分的な摩擦係数の変更を金型内表面部の表面粗さの変更で行い、該表面粗さは小さい部分でＲａ＜３、大きい部分で３＜Ｒａ＜１５としたことを特徴とする。
この構成では、材料の流動させたい部分と押さえたい部分とを効果的に制御できる。
【００１５】
さらに、請求項５に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記移動可能な金型内表面部の移動手段を別途設けたことを特徴とする。この構成では、材料の流動状態に依存せずに、主体的に移動可能な金型内表面部を移動させることで、強制的に材料の流動を制御することができ、故に、加工中に材料の板圧等の寸法精度を調整することができる。
【００１６】
さらに、請求項６に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記移動可能な金型内表面部の移動は、前記材料の流れに引っ張られることにより得ることを特徴とする。
この構成では、従来、成形不良の原因の一つでもあった、ハイドロフォーム成形時に生じる高圧な摩擦力を利用することで、さらなる動力を必要とすることなく、経済的に優れた手段から、材料の素材の流動に従って移動可能な金型内表面部を移動させ、従来、材料が流れ難いとされてきた部分をより滑らかに流れるように促すことができる。
【００１７】
さらに、請求項７に記載した発明においては、請求項１〜６のいずれかに記載されたものにおいて、前記移動可能な金型内表面部は前記金型内表面と面一な内面を備えたリング形状であり、該リング形状の回転により材料を張り出し部方向へ流動させることを特徴とする。
この構成では、移動可能な金型内表面部をリング部材から形成することにより、この金型内表面部の移動方向をリング部材の回転方向とすることによって、金型内表面部の移動を容易にできる。
【００１８】
さらに、請求項８に記載した発明においては、請求項７に記載されたものにおいて、前記リング形状は分割することを特徴とする。
この構成では、部品の取り出しを容易にするために金型を分離自在に構成する際、同時にリング形状を分離することで、成形後の部品の取り出しを容易にできる。
【００１９】
さらに、請求項９に記載した発明においては、請求項７に記載されたものにおいて、前記リング形状の内面のうち、１０〜３０％の範囲の摩擦係数を前記内面の他の摩擦係数より大きくしたことを特徴とする。
この構成では、リング部材を一方向に効果的に回転させることができ、故に材料の素材の流れの補助を効果的に行うことができる。
【００２０】
さらに、請求項１０に記載した発明においては、請求項７に記載されたものにおいて、前記リング形状を隣接して複数設け、隣り合うリング形状を互いに反対方向へ回転させることを特徴とする。
この構成では、左右対称に材料の素材の流れの制御を行うことで、材料をバランスよく管の両側から移動できる。
【００２１】
そして、請求項１１に記載した発明においては、請求項１〜１０のいずれかに記載されたものにおいて、前記金型と前記移動可能な金型内表面部との間に潤滑材を注入することを特徴とする。
この構成では、金型と移動可能な金型内表面部との接触面における摩擦を減らし、滑らかなハイドロフォーム成形を行うことができる。
【００２２】
本発明に係る張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法は基本的には以上のように構成されるが、張り出し形状は具体的な形状に限定されず、例えば、略Ｔ字形状や、略Ｌ字形状に張り出す形状でもよい。また、使用する材料、金型、及びリング部材（可動部材）の大きさと材質と、さらには加工後の部品の使用形態について特定しない。また、本発明は枝張り出し系のハイドロフォーム加工法に関するが、しかし金型の内表面と材料の外表面に隙間があってもよく、例えば、材料を拡管させながら、張り出し形状を備えるように成形することは可能である。さらに、金型内表面部の一部を材料表面に沿って移動可能に構成する際、この大きさと移動方向は適宜実施の形態に従って定められ、材料パイプの軸方向に対して常に垂直方向に回転させる必要はない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図を用いて、本発明の実施の形態に係る張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法について説明する。
図１の（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る製造方法を行う成形装置１００を示す略図であって、図６の（Ａ）に示したように、略円筒形状の本体を有する材料パイプ１に対して、図６の（Ｃ）に示したように、略Ｔ字形状に延びる張り出し部３を備えるようにハイドロフォーム成形を行う。このため、成形装置１００の金型は、内部に材料パイプ１を挿入するために断面が円形状で軸方向Ｘ−Ｘに延びる筒状部１２と、材料パイプ１に張り出し形状３を備えるために筒状部１２の内部と連通するように分岐する中空状の張り出し部（膨出部または曲げ部）１３を備える。そして、筒状部１２と張り出し部１３との交差部に符号１４に示すようにフィレットを形成して、このフィレット１４に沿って、材料パイプ１が滑らかに変形できるようにする。
ただし、成形装置１００は金型を軸方向に上型１０と下型２０とに分割自在に構成し、好適には、図示しない駆動手段を用いて、上型１０と下型２０のうちの少なくともいずれか一方を移動自在に構成する。これは、金型の離型と型締めを手動ないしは自動により行えるようにすることで、成形装置１００に対する材料パイプ１の装着と、成形後の部品の取り出しと、成形装置１００のメンテナンスを容易にするためである。このため、筒状部１２は軸方向Ｘ−Ｘを中心に二つに分離するが（図示せず）、張り出し部１３は上型１０または下型２０のうちの少なくともいずれか一方又は分離して備えられてもよく、また、図中の上型１０又は下型２０は便宜的な表現に過ぎない。
【００２４】
そして、図１の（Ａ）に示すように、筒状部１２内に材料パイプ１を装着した後、軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂを材料パイプ１の両側に摺動（スライド移動）可能に配設する。ただし、軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂは金型の筒状部１２の内面と密着するとともに、材料パイプ１の端部と密着する。図示した実施の形態では、軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂは材料パイプ１の端部と当接する側の端部に段差３１を形成して、材料パイプ１に対してこの端部と内面の双方から密着する。故に、図示しない加圧液供給源から、２つの軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂのうちのいずれか一方に形成したノズル３９内に所定圧の液体（充填液）Ｗを注入して、材料パイプ１内に充填する際、この充填液Ｗの漏れを防ぐことができる。尚、好適には、充填液Ｗは水に防錆剤を加えたものであるが、他、適当な液体を用いてもよい。
【００２５】
そして、図１の（Ｂ）の矢印Ｓに示すように、軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂを軸方向に対向して押し込みながら、内部に充填した液体Ｗの圧力を上げて、充填液Ｗと軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂの双方の圧力により材料パイプ１を加圧圧縮して、材料パイプ１を上型１０及び下型２０の内表面１１、２１に倣って枝張り出し成形する。ただし、図示した実施の形態では、製造装置１００は張り出し部１３の内部に別体のカウンター４０を張り出し方向Ｙ−Ｙに配設して、カウンター４０の端部４１にて張り出し方向Ｙ−Ｙに流動する材料パイプ１の奥行きを定めて、図６の（Ｃ）に示した、張り出し部３の頭を押さえながら成形を行うことで、成形中に張り出し部３で過度の減肉が生じるのを防止する。しかしながら、カウンター４０を用いずに、上型１０を有底穴状に形成して、張り出し方向Ｙ−Ｙに流動する材料パイプ１の奥行きを定めてもよい（図示せず）。
【００２６】
故に、図１の（Ａ）に示すように、材料パイプ１を上型１０及び下型２０内に装着し、上型１０及び下型２０を閉めて、軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂを前進させ、材料パイプ１の両端をシールし、図１の（Ｂ）に示すように、内圧を上げながら軸押しを行うことによって、材料パイプ１を上型１０及び下型２０の筒状部１２と張り出し部１３の内面に倣って変形させて、部品を成形する。そして、成形後、内圧を下げ、軸押しパンチを後退させ、上型１０及び下型２０を開き、装置１００から部品を取り出す。
この際、従来の技術では、ハイドロフォーム成形時に、上型１０及び下型２０の内表面１１、２１と材料パイプ１の外表面との間に高圧な摩擦力が発生するとともに、枝張り出し部１３付近における軸押しによる効果が十分でないため、この加工制御が困難となり、図７の（Ｂ）の符号５、６及び７に示すような成形不良を生じさせる場合があった。
これに対して、本発明の実施の形態では、上型１０及び下型２０の内表面部１１、２１の一部５１を材料パイプ１の外表面の流れに従って移動可能とすることにより、金型内での材料パイプ１の流れに変化を生じさせて、上記成形不良の発生を抑制することを可能にする。即ち、本発明の実施の形態では、材料パイプ１を加圧圧縮する際、材料パイプ１の外表面と上型１０及び下型２０の内表面１１、２１との間に生じる高圧な摩擦力を利用して、上型１０及び下型２０の内表面部１１、２１の一部５１を材料パイプ１の外表面と圧接しながら（材料パイプ１の外表面につかまれて）移動可能とすることで、材料パイプ１が金型内で上記高圧な摩擦力によって流動が妨げられることなく、自然に張り出し部１３に向って流動できるようにする。
このように、本発明の実施の形態では、軸押し手段３０Ａ、３０Ｂの他、金型内での材料１の流動方向を変化させる手段を新規に備えることにより、従来の技術と比較して、金型内の張り出し部１３付近の材料１を張り出し部１３に向ってより滑らかに流動させることを可能にして、材料パイプ１に過度の減肉や座屈が生じるのを防ぐことを可能にする。
ただし、金型内表面部５１は材料パイプ１の変形に従って移動されてもよく、または、別途設けた移動（駆動）手段により強制的に移動されてもよい。以下、前者の場合を本発明の第一の実施の形態として、そして、後者の場合を本発明の第二の実施の形態としてより詳細に説明する。
【００２７】
上述したように、本発明に係る第一の実施の形態では、充填液Ｗと軸押しパンチ３０Ａ、３０Ｂの双方の圧力により材料パイプ１を加圧圧縮する際、外力を必要とすることなく、上型１０及び下型２０の内表面部１１、２１の一部５１を、材料パイプ１につかまれて移動可能とすることで、この金型内表面部５１の移動により、材料パイプ１の素材が張り出し部３（図６の（Ｃ）参照）に向ってより滑らかに流動できるようにする。
尚、移動可能な金型内表面部５１は、上型１０及び下型２０とは別体に設けられて、上型１０及び下型２０から独立して移動できる可動部材５０の内表面（内周部）として提供される。ただし、可動部材５０は内表面５１を上型１０及び下型２０の内表面１１、２１と揃えるように、面一に形成する。この際、可動部材５０の内表面５１と上型１０及び下型２０の内表面１１、２１との間に生じる切れ目は、材料パイプ１の成形上、問題を生じさせない大きさとする。この可動部材５０の外部形状は特定の形状に限定されないが、好適には、略円筒形状のリング部材（リング形状）５０として可動部材５０を構成する。このように可動部材５０の外部形状を定めることによって、筒状部１２の軸方向Ｘ−Ｘを回転中心として、金型内で可動部材５０を回転自在に構成することができる。ただし、可動部材５０を張り出し部１３付近で回転自在とすることで、図１の（Ｂ）に示すように、筒状部１２の軸方向Ｘ−Ｘに沿った材料パイプ１の流動方向Ｓを符号Ｔに示すように斜めに変化させて、材料１を張り出し部１３の軸方向Ｙ−Ｙに向って滑らかに流動させることを可能にする。
このため、本発明の第一の実施の形態では、ハイドロフォーム成形時に生じる高圧を利用して、リング部材５０を内表面５１で圧接した材料パイプ１によってつかまれて、材料パイプ１の流れの大きい部分の流れに追従して回転させて、材料パイプ１の素材を張り出し部１３側に向って導くようにする。従って、本発明の第一の実施の形態では、図７に示した従来の技術と比較して、上型１０及び下型２０の内表面部１１、２１の一部５１を材料パイプ１の表面に沿って移動可能とすることにより、張り出し部３（図６の（Ｃ）参照）側に材料パイプ１の素材をより多く流動させて肉厚減少を防止するとともに、この反対側４に過度の増肉が生じるのを抑制して、材料パイプ１の成形限界を向上させるようにする。
【００２８】
尚、本発明に係る第一の実施の形態では、特別な動力を用いることなく、リング部材５０を回転させるが、好適には、材料パイプ１の外表面と接するリング部材５０の内表面５１の摩擦係数を部分的に変えるようにする。このように構成することによって、リング部材５０の内表面５１にほぼ均等に力が作用した場合においても、リング部材５０の内表面５１にこの摩擦係数の変化に従った力を作用させることで、リング部材５０を一方向に回転できるようにする。
ただし、好適には、リング部材５０の内表面５１は、１０〜３０％の部分の摩擦係数を残りの部分（９０〜７０％）の摩擦係数よりも高くなるようにする。この摩擦係数の部分的な変更は、例えば、内表面５１の表面粗さや表面処理を部分的に変えたり、さらには、内表面５１に異なる摩擦係数を有する別の素材を部分的に埋め込むことで行ってもよい。
さらに、内表面５１の表面粗さを部分的に変更する場合には、摩擦係数を小さい部分でＲａ＜３、大きい部分で３＜Ｒａ＜１５として、材料パイプ１の流動させたい部分と押さえたい部分とを効果的に制御するのが好ましい。ただし、これら部分的な摩擦係数の変更の範囲や、摩擦係数の大きさの範囲は、材料パイプ１の素材の流動方向を好適に制御するための条件に過ぎず、常にこれら範囲内に限定されるものではない。
【００２９】
さらに、本発明の第一の実施の形態では、図１に示すようにリング部材５０を隣接して複数設け、かつ、図２の（Ａ）及び（Ｂ）と、図４の（Ａ）に示すように、隣り合うリング部材５０、５０を互いに反対方向へ回転させることで、左右対称に材料パイプ１の素材の流れの制御を行って、材料パイプ１の素材をバランスよく管の両側から張り出し部１３まで流動させるのが好ましい。ただし、図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の（Ｂ）に示したＩＩＡ−ＩＩＡ線と、ＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図であり、また隣接して設けられるリング部材５０、５０は互いに接触しないで自由回転を行う。さらに、図２の符号５５に示す部位は摩擦係数の小さい範囲を、符号５６に示す部位は摩擦係数の大きい範囲を夫々示している。
さらに、図１に示したように材料パイプ１を略Ｔ字形状にハイドロフォーム成形する場合には、張り出し部１３を中心として、隣接して設けるリング部材５０、５０の対を左右対称に向けて、材料パイプ１の素材を左右対称に張り出し部１３に向って流して、Ｔ字管の成形を行うのが好ましい。ただし、材料パイプ１を略Ｔ字形状にハイドロフォーム成形する際に、張り出し部１３を中心として左右の筒状部１１の形状が非対称な場合には、張り出し部１３を中心に左右に設けるリング部材５０は、大きさと位置を相違させてもよい。
【００３０】
以上記載のように、本発明の第一の実施の形態は、新規にリング部材５０を備えることで、従来困難であった、金型内における材料の流動方向に変化を加えることを可能にする。
ただし、上述したように、通常、金型は上型１０と下型２０とに分割自在に構成するが、この際、好適には、リング部材５０に金型に対する係合手段（係合機構）を設けて、金型を上型１０と下型２０とに分割する際、金型とは別体であるリング部材５０が金型から脱落しないようにする。例えば、図３の（Ａ）に示すように、リング部材５０の側部に係合雌部（凹部）５８を形成するとともに、上型１０及び下型２０にこの係合雌部５８と噛合する係合雄部（凸部）１８、２８を形成して、これら係合雌部（凹部）５８と係合雄部（凸部）１８、２８を対に係合させることで、上型１０及び下型２０からのリング部材５０の脱落を防止してもよい。また、図３の（Ｂ）に示すように、リング部材５０に係合雄部（凸部）５９を形成するとともに、上型１０及び下型２０にこの係合雌部５９と噛合する係合雌部（凹部）１９、２９を形成して、上型１０及び下型２０からのリング部材５０の脱落を防止してもよい。他、様々な形状の係合手段（係合機構）が思料できるが、しかし、着脱自在に金型からリング部材５０の脱落を防止する手段を有するものであれば足りる。
【００３１】
さらに、本発明に係る好適な実施の形態では、金型を上型１０と下型２０とに分割自在に構成する際、図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リング部材５０を二つ５２Ａ、５２Ｂに分離自在に構成にする。この際、二つに分離する夫々の部材５２Ａ、５２Ｂの係合面５４に、夫々係合凸（雄）部と係合凹（雌）部のうちのいずれか一つずつを設けて対に係合させてもよい（図示せず）。あるいは、二つに分かれる夫々の部材５２Ａ、５２Ｂの係合面５４を、夫々異なる磁極の磁力を用いて係合させてもよい（図示せず）。他、様々な手段からリング部材５０を二つの部材５２Ａ、５２Ｂに分離・係合できるが、しかし、この具体的な詳細によって本発明の実施の形態が拘束されることはないことを理解されたい。ただし、図示するように、リング部材５０、５０を隣接して設けるとともに、符号５３に示すように隙間を置いて配置して、隣接するリング部材５０、５０が夫々自由回転できるようにする。
以上記載のように、リング部材５０に対して金型との係合手段５８、５９を備えるとともに、二つ５２Ａ、５２Ｂに分離・係合自在に構成することで、ハイドロフォーム加工を安定させるとともに、部品の取り出しを容易にする。
【００３２】
さらに、本発明に係る好適な実施の形態では、金型内で金属製のリング部材５０が接触しながら回転する場合には、図１に示すように、上型１０及び下型２０とリング部材５０との接触面の間に潤滑材を注入して、上型１０及び下型２０とリング部材５０の金属面同士の間に油膜を張ることで摩擦を減らして、リング部材５０の回転を滑らかにしてもよい。尚、図１に示した実施の形態では、強制給油法によって油の潤滑量を適宜制御しながら、上型１０及び下型２０とリング部材５０との間に潤滑油を供給している。具体的には、図示しないポンプによって油を図１の符号６０に示す給油口（潤滑材供給部）から符号６１に示す給油路を通って強制的に上型１０及び下型２０とリング部材５０との間に潤滑油を供給する。ただし、給油方法は図示した実施の形態に限定されず、他、実施の形態に従って、手差し給油法、適下給油法、浸し給油法等を選択することは可能である。さらに、リング部材５０を合成樹脂から形成して、この内表面部５１のみを金属製にすることで、金型内でリング部材５０を回転させる際、樹脂と金属とを接触させることで潤滑の効果が得られる場合には、必ずしも給油手段を備えなくてもよい。
さらに、リング部材５０と金型との間にボールベアリング等の軸受（図示せず）を設けて、リング部材５０の回転を補助するのは可能である。
【００３３】
さらに、本発明に係る他の実施の形態では、成形後にリング部材５０が成形前の位置に戻るように弾性部材（ばね）等を利用した戻り機構（図示せず）を組み込んでもよい。例えば、ばねの端部を夫々、リング部材５０と上型１０及び／または下型２０に取り付けて、リング部材５０を上型１０及び下型２０内で回転させる際、ばねを圧縮させて内部に弾性エネルギーを貯えさせ、そして成形後に貯えた弾性エネルギーを解放させることで、リング部材５０が成形前の位置に戻るようにしてもよい。
【００３４】
本発明の第一の実施の形態は以上のように構成されるが、本発明の出願人は、外径４８．６ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、長さ１００ｍｍの形状を有し、材料がＳＴＫＭ１１Ａの材料パイプ１に対して、この材料パイプ１の中央部に外径４５ｍｍの張り出し部３（図６の（Ｃ）参照）を備えるようにハイドロフォーム加工によりＴ字管を形成する際、本発明の第一の実施の形態に関する製造方法を適用した場合と、適用しなかった従来の場合との成形結果を比較した。この結果、本発明の出願人は、本発明の第一の実施の形態に関する製造方法を適用した場合には、従来の場合と比較して、図６の（Ｃ）に示した、張り出し部３の高さを３〜１５％向上するとともに、この張り出し部３の反対側４の増肉を５〜２０％抑えることができ、故にリング部材５０の回転によって、材料パイプ１の素材の流動が補助されたことを確認した。
故に、本発明の第一の実施の形態では、上型１０及び下型２０の内表面部１１、２１の一部５１を材料パイプ１の表面につかまれて移動可能とすることにより金型内での材料パイプ１の素材の流れに変化を生じさせる手段を提供して、金型の張り出し部１３付近の材料パイプ１の素材を張り出し部１３に向ってより滑らかに流動させることを可能にして、材料パイプ１に過度の減肉や座屈が生じるのをより効果的に防ぐことを可能にする。従って、本発明の第一の実施の形態では、従来の技術と比較して、成形限界を向上させることで、張り出し部１３の大きさをより大きくすることを可能にする。
【００３５】
さらに、本発明に係る第二の実施の形態では、リング部材５０を強制的に回転させる手段を備えて、材料パイプ１の素材の流れの制御をより積極的に行うことを可能にする。
例えば、図５に示すように、リング部材５０の外周部に歯車形状部（第一歯車）７１を設け、かつ、この第一歯車７１と噛合するように第二歯車７２を設けるように移動（駆動）手段７０を構成してもよい。ただし、第一歯車７１は回転中心点をリング部材５０の回転中心点と一致させ、そして、本体をリング部材５０と一体に形成されてもよく、あるいは別体に形成されてもよい。また、第二歯車７２は図示しないモータによって駆動されて、対に噛合する第一歯車７１を回転させることにより、リング部材５０を強制的に回転する。尚、図示した実施の形態では、第一歯車７１と第二歯車７２との歯数を大凡同程度に示しているが、モータ駆動される第二歯車７２に対して、第一歯車７１を減速させて回転させてもよい。ただし、この減速比は任意である。さらに、複数の歯車からギアトレインを形成して、第二歯車７２により第一歯車７１を回転させてもよい。さらに、図示した歯車はスパーギアであるが、騒音低減を図るとともに、潤滑をより滑らかに行うために、ヘリカルギアを採用することは可能である。さらに、ウォームギアや、ラックとピニオン機構等、他、任意の歯車機構を採用してもよい。さらに、本発明の第二の実施の形態では、歯車機構に限定されず、他、ベルトやチェーン機構を用いてリング部材５０を強制的に回転させる移動手段７０を構成してもよい。
【００３６】
このように、本発明の第二の実施の形態ではモータ等の外力によってリング部材５０を強制的に回転させるため、第一の実施の形態と比較して、材料パイプ１の素材の流動方向をより確実に変化させることができる。即ち、第一の実施の形態では、材料パイプ１を加圧圧縮する際に、この材料パイプ１の素材の流れに従って（ハイドロフォーム成形時に生じる高圧な摩擦力を利用して）、リング部材５０を回転させていた。これに対して、第二の実施の形態では、材料パイプ１の素材の流れの如何に係らずリング部材５０を移動させることができる。ただし、ハイドロフォーム成形時に生じる高圧な摩擦力を利用して、リング部材５０の移動に追従して、材料パイプ１の素材を流動させる。このため、本発明の第二の実施の形態では、リング部材５０を主体的に回転させて、例えば、必要に応じてリング部材５０を回転させることで、加工中に材料パイプ１の肉圧（板圧）等の寸法精度を調整することを可能にする。
【００３７】
以上のように、本発明に係る第二の実施の形態では、リング部材５０を移動手段７０によって移動させるため、第一の実施の形態と異なり、内表面５１の摩擦係数を部分的に変える必要はない。しかしながら、本発明の第二の実施の形態においても、リング部材５０の内表面５１の摩擦係数を部分的に変えることによって、リング部材５０が一方向に回転することを容易にして、この回転に要する駆動力を小さくするように構成してもよい。
また、本発明に係る第二の実施の形態では、移動手段７０を別途設ける際、特に第一歯車７１をリング部材５０とともに分割自在に構成して、部品の取り出しを容易にしてもよい。
さらに、本発明の第二の実施の形態では、歯車機構を利用してリング部材５０を強制的に回転させる際、第二歯車７２の回転角度を制御することで第一歯車７１の回転角度を制御でき、従って、特別な戻り機構を用いることなく、成形後にリング部材５０を元の位置に戻す（回転させる）ことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成された張り出し形状を備えたハイドロフォーム成形部品の製造方法であるから、請求項１に記載した発明によれば、従来のハイドロフォーム加工法では金型内の材料の流れを制御する手段は軸押しに限られていたため、特に金型の張り出し部付近では材料の流れの制御が困難であったのに対して、金型内表面部の一部を材料表面に沿って移動可能とすることにより金型内での材料の流れに変化を生じさせる手段を新規に提供して、金型の張り出し部付近の材料を張り出し部に向ってより滑らかに流動させることを可能にして、材料に過度の減肉や座屈が生じるのをより効果的に防ぐとともに、張り出し部の大きさをより大きくすることが可能となる。
【００３９】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１に記載した発明の奏する効果に加え、部品の取り出しを容易にするために金型を分離自在に構成する際、この金型を上下に分離させても移動可能な金型内表面部を金型と係合させることで金型から移動可能な金型内表面部が脱落するのを防止することが可能となる。
【００４０】
請求項３に記載した発明によれば、請求項１に記載した発明の奏する効果に加え、金型内表面部の摩擦係数に変化を設けることにより、この内表面部に均等な力が働いても、摩擦係数の部分的な変化によって金型内表面部を一方向に移動可能とすることができ、簡単な手段から、金型内表面部の移動に材料を追従しやすくして、材料の流れの制御を行うことが可能となる。
【００４１】
請求項４に記載した発明によれば、請求項３に記載した発明の奏する効果に加え、材料の流動させたい部分と押さえたい部分とを効果的に制御することが可能となる。
【００４２】
請求項５に記載した発明によれば、請求項１に記載した発明の奏する効果に加え、材料の流動状態に依存せずに、主体的に移動可能な金型内表面部を移動させることで、強制的に材料の流動を制御することができ、故に、加工中に材料の板圧等の寸法精度を調整することが可能となる。
【００４３】
請求項６に記載した発明によれば、請求項１に記載した発明の奏する効果に加え、従来、成形不良の原因の一つでもあった、ハイドロフォーム成形時に生じる高圧な摩擦力を利用することで、さらなる動力を必要とすることなく、経済的に優れた手段から、材料の素材の流動に従って移動可能な金型内表面部を移動させ、従来、材料が流れ難いとされてきた部分をより滑らかに流れるように促すことが可能となる。
【００４４】
請求項７に記載した発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載した発明の奏する効果に加え、移動可能な金型内表面部をリング部材から形成することにより、この金型内表面部の移動方向をリング部材の回転方向とすることによって、金型内表面部の移動を容易にすることが可能となる。
【００４５】
請求項８に記載した発明によれば、請求項７に記載した発明の奏する効果に加え、部品の取り出しを容易にするために金型を分離自在に構成する際、同時にリング形状を分離することで、成形後の部品の取り出しを容易にすることが可能となる。
【００４６】
請求項９に記載した発明によれば、請求項７に記載した発明の奏する効果に加え、リング部材を一方向に効果的に回転させることができ、故に材料の素材の流れの補助を効果的に行うことが可能となる。
【００４７】
請求項１０に記載した発明によれば、請求項７に記載した発明の奏する効果に加え、左右対称に材料の素材の流れの制御を行うことで、材料をバランスよく管の両側から移動することが可能となる。
【００４８】
請求項１１に記載した発明によれば、請求項１〜１０のいずれかに記載した発明の奏する効果に加え、金型と移動可能な金型内表面部との接触面における摩擦を減らし、滑らかなハイドロフォーム成形を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る製造方法を（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す図である。
【図２】図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線と、ＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図を夫々（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す略図である。
【図３】図１に示したリング部材に備える係合機構の様々な実施の形態を（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す略図である。
【図４】図１に示したリング部材の成形時の使用形態と、非成形時の使用形態を夫々（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す略図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態に係る製造方法を（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す図である。
【図６】従来の技術に係る枝張り出し系のハイドロフォーム加工法を（Ａ）〜（Ｃ）に分けて示す略図である。
【図７】従来の技術に係る製造方法を（Ａ）と（Ｂ）に分けて示す図である。
【符号の説明】
Ｗ　　　　　　　液体（充填液）
１　　　　　　　材料パイプ（材料）
１０　　　　　　上型
２０　　　　　　下型
１１、１２　　　金型内表面部（内表面、成形面）
１２　　　　　　筒状部
１３　　　　　　張り出し部
３０Ａ、３０Ｂ　軸押しパンチ（軸押し手段）
４０　　　　　　カウンター
５０　　　　　　リング部材（可動部材）
５１　　　　　　移動可能な金型内表面部（内表面）
７０　　　　　　移動手段（駆動手段）
１００　　　　　成形装置
【図１】
2004114078.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】
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