(57)【要約】　　　（修正有）【課題】１つの装置のみを用いて、被加工管の予備成形から液圧加工までの工程を一貫して行う液圧成形（ハイドフォーム）装置を提供する。【解決手段】この液圧成形装置は、下ベースに固定された下型１００と、下型１００方向に下動及び、反対方向に上動が自在な上型１０１と、下ベース上を下型１００の方向に移動自在な横型１０２（「横カム」）と、下型１００、上型１０１及び横型１０２から成る金型内部に収納された素管２００（被加工管）に、水等の液体を圧入すると共に素管２００をその軸方向に押し込む軸押し具から構成する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下ベースに固定された下型と、上ベースに取り付けられ上動及び下動が自在な上型と、前記下ベース上を摺動自在な摺動プレート上に載置された横型と、この横型を駆動する横型ドライバーと、前記上型、下型及び横型から成る所定形状の金型内部に収納された被加工管に、液体を圧入すると共に当該被加工管をその軸方向に押し込む軸押し具と、を具備し、前記被加工管の予備成形から液圧加工までの工程を一貫して行うことを特徴とする液圧成形装置。
【請求項２】
前記横型に傾斜部を設け、前記横型ドライバーは該傾斜部に当接して前記横型を前記下型の方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の液圧成形装置。
【請求項３】
前記被加工管内に注入された液体の圧力によって生じ前記横型及び前記横型ドライバーに作用する反力を打ち消すためのバックアップ駒を前記横型ドライバーに隣接して配置したことを特徴とする請求項１記載の液圧成形装置。
【請求項４】
前記バックアップ駒は前記下型及び横型の全周を囲むように配置されたことを特徴とする請求項３記載の液圧成形装置。
【請求項５】
前記下型に前記上型が当接する壁部を設けたことを特徴とする請求項１記載の液圧成形装置。
【請求項６】
前記上型に前記横型の凹部に嵌合される凸部を設け、前記上型の下動に伴い、前記凹部に前記凸部が嵌合して、前記上型が前記横型を押さえ込むようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の液圧成形装置。
【請求項７】
下ベースに固定された第１の下型と、上動及び下動が自在な第１の上型と、前記下ベース上を摺動可能な第１の摺動プレート上に載置された第１の横型と、前記第１の下型、第１の上型、第１の横型から成る第１の金型に隣接して配置された第２の下型、第２の上型及び第２の横型から成る第２の金型と、前記第１の横型と前記第２の横型の間に挿入され、前記第１の横型と前記第２の横型とを同時に駆動する横型ドライバーと、を具備し、前記第１及び第２の金型を前記横型ドライバーに対して左右対称に配置して成ることを特徴とする液圧成形装置。
【請求項８】
下ベースに固定された下型と、上動及び下動が自在な上型と、前記下ベース上を摺動可能な摺動プレート上に載置された横型と、この横型を駆動する横型ドライバーと、前記上型、下型及び横型から成る所定形状の金型内部に収納された被加工管に液体を注入すると共に、この被加工管内に注入された液体に液圧を加える軸押し具と、を具備する液圧成形装置を用いた液圧成形方法であって、
被加工管を前記金型内部に収納する工程と、前記被加工管内に前記軸押し具から液体を注入する工程と、前記上型を下動させ、前記横型を前記下型方向に移動させて前記被加工管に曲げ加工を施し、及び／又は予備成形を施す工程と、前記軸押し具で被加工管内に注入された液体に圧力を加えることにより液圧加工を行う工程とを具備することを特徴とする液圧成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のフレーム等の製造に用いられる液圧成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年自動車のフレーム等の製造には、液圧成形技術が導入される傾向にある。この液圧成形技術は、ハイドロフォーム法とも呼ばれ、金属管等の素管を上型及び下型から成る所定形状の金型内部に収納し、前記素管内部に加圧流体を圧入しながら当該素管を軸方向に押し込んで所定形状に成形するものである。
【０００３】
図１５は従来の液圧成形工程を説明する概略図である。まず、長尺素管が準備され、この長尺素管をパイプカットして所定長さの素管に加工する。そして、パイプベンダーを用いてこの素管の曲げ加工、潰し等の予備成形（プリフォーム）を行う。そして、予備成形後の素管を液圧成形装置の金型にセットし、液圧成形（ハイドロフォーム）を行う。
【０００４】
上記曲げ加工では、図１６に示すようなベンダー１０を用いて素管１１の端部を曲げ加工する。ここで、素管１１が押し潰されるのを防止するために素管１１の中に芯金１２が挿入される。また、上記予備成形が必要な理由は、素管１１が液圧成形装置の金型に収まるようにするためである。すなわち、図１７（ａ）に示すように、予備成形無しの素管１１は、液圧成形装置の上型１３，下型１４からはみ出してしまい、この状態で無理に上型１３を下動させると、素管１１の端部１１Ａが上型１３，下型１４の間に挟まってしまい液圧成形を行うことができなくなる。
【０００５】
そこで、従来は図１８に示すような予備成形装置を用いて予備成形を行っていた。即ち、図１８（ａ）に示すように、上型１５、下型１６及び横型１７から成る金型の内部に素管１１を収納し、図１８（ｂ）に示すように、横型１７を下型１６の方向に移動させる。この時素管１１は下型１６と横型１７の間に挟まれ、押圧されることで変形される。その後、図１８（ｃ）に示すように、上型１５を下動させると、素管１１は上型１５と下型１６の間に挟まれ、ひょうたんの形状に押し潰される。
【０００６】
そして、このようにして予備成形がなされた素管１１は図１９の液圧成形装置にセットされる。図１９は、液圧成形装置の断面を示している。液圧成形装置２１は、上型２２及び下型２３から成る金型と、軸押し具２４，２５とを備え、液圧成形に際しては、先ず、素管１１を上型２２と下型２３との間に配置する。２６Ａは液体を素管１１内部に注入するための注入孔であり、２６Ｂは管材２７内の空気を排出する排気孔である（図１９（ａ）参照）。
【０００７】
次に、前記軸押し具２４，２５を素管１１の端部と緊密に嵌合させる。その後図示しない液圧系から供給された液体を前記軸押し具２４，２５に設けられた注入孔２６Ａから注入し、軸押し具２４，２５を型内方へと前進させ、この液体に圧力を加えることにより素管１１を内部から加圧成形して所望形状の製品（成形品）を得ていた（図１９（ｂ）参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来工法では、素管の曲げ加工に専用のベンダーを用い、予備成形には専用の予備成形装置を用い、液圧成形には専用の液圧成形装置を用いることが必要であったため、製造設備、工程数が多く、製造コスト（加工費及び設備費）が高いという問題を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液圧加工装置は、上記の問題点を解決するために、下ベースに固定された下型と、上ベースに取り付けられ上動及び下動が自在な上型と、前記下ベース上を摺動自在な摺動プレート上に載置された横型と、この横型を駆動する横型ドライバーと、前記上型、下型及び横型から成る所定形状の金型内部に収納された被加工管に、液体を圧入すると共に当該被加工管をその軸方向に押し込む軸押し具と、を具備し、前記被加工管の予備成形から液圧加工までの工程を一貫して行うことを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、ベンダーや予備成型装置が不要となり、製造設備、工程数が削減されるので、製造コスト（加工費及び設備費）を大幅に削減することが可能になる。
【００１１】
また、本発明の液圧加工方法は上記の問題点を解決するために、下ベースに固定された下型と、上動及び下動が自在な上型と、前記下ベース上を摺動可能な摺動プレート上に載置された横型と、この横型を駆動する横型ドライバーと、前記上型、下型及び横型から成る所定形状の金型内部に収納された被加工管に液体を注入すると共に、この被加工管内に注入された液体に液圧を加える軸押し具と、を具備する液圧成形装置を用いた液圧成形方法であって、被加工管を前記金型内部に収納する工程と、前記被加工管内に前記軸押し具から液体を注入する工程と、前記上型を前記下型方向に下動させ、前記横型を前記下型方向に移動させて前記被加工管に曲げ加工を施し、及び／または予備成形を施す工程と、前記軸押し具で被加工管内に注入された液体に液圧を加えることにより液圧加工を行う工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、本発明の基本思想は図１に示すように、長尺素管からパイプカットされた所定長さの素管を被加工管とし、１つの装置のみを用いて、曲げ加工、予備成形、液圧成形を一貫して行う工法を提供するものである。
【００１４】
図２は本発明の液圧成形装置による工法の一例を示す概略図である。本発明の液圧成形装置は、基本的には不図示の下ベースに固定された下型１００と、下型１００方向に下動及び、反対方向に上動が自在な上型１０１と、下ベース上を下型１００の方向に移動自在な横型１０２（「横カム」、とも呼ばれる）と、下型１００、上型１０１及び横型１０２から成る金型内部に収納された素管２００（被加工管）に、水等の液体を圧入すると共に素管２００をその軸方向に押し込む軸押し具（不図示）から構成される。そして、この装置を用いた液圧成形方法は図２（ａ）に示すように、上記金型に素管２００を収納し、素管２００の内部に液体１０３を注入する。そして、上型１０１を下型１００の方向に下動させる。また、横型１０２を下型１００の方向に移動させる。ここで、上型１０１の下動と横型１０２の移動のタイミングは任意に設定できる。
【００１５】
次に、図２（ｂ）に示すように、素管２００内の所定の液圧を維持しながら、上型１０１と下型１００及び横型１０２が当接する死点まで更に下動させ、また横型１０２を下型１００と当接する死点まで移動させる。これにより素管２００は所定のひょうたん形状に押し潰され、予備成形（プリフォーム）が成される。
【００１６】
そして、この状態から、軸押し具を更に素管２００の軸方向に前進させることで、素管２００に注入された液体１０３の液圧を除々に上げていき、液圧成形（ハイドロフォーム）を行う。
【００１７】
図３は本発明の液圧成形装置による工法の他の例を示す概略図である。図２の例では、素管２００に対して予備成形及び液圧成形を連続して施す工法を示したが、図３の例では、更に素管２００に対して曲げ加工の工程を付加したものである。図３（ａ）に示すように、素管２００は下型１００の上方位置にその両端が支持された状態で、素管２００の内部に軸押し具から液体１０３を注入する。そして、図３（ｂ）に示すように、所定の液圧を維持しながら、上型１０１を下型１００の方向に下動させる。これにより、素管２００は上型１０１に押し曲げられる。素管２００の内部には所定の液圧が加えられているので、曲げ加工の過程で素管２００が潰れることが防止される。また、図中では素管２００の断面が下方に移動しているが、軸方向で見れば素管２００に対して曲げ加工が成される。
【００１８】
その後は、図２の例と同様であり、図３（ｃ）に示すように、素管２００内の液圧を維持しながら、その死点まで更に下動させ、また、横型１０２をその死点まで移動させる。これにより素管２００は所定のひょうたん形状に押し潰され、予備成形（プリフォーム）が成される。この状態から、軸押し具を更に素管２００の軸方向に前進させることで、素管２００に注入された液体１０３の液圧を除々に上げていき、液圧成形（ハイドロフォーム）を行う。
【００１９】
次に、本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法について、図４〜図１１を参照しながら更に具体的に説明する。図４（ａ）は液圧成形装置の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５〜図１１についても同様である。
【００２０】
１．材料セット
この液圧成形装置は、下ベース１１０（下基台）に固定された下型１１１と、上ベース１１２（上基台）に取り付けられ下型１１１の方向に下動及び、反対方向に上動が自在な上型１１３と、下ベース１１０上を摺動自在な摺動プレート１１４上に載置された横型１１５と、この横型１１５を駆動する横型ドライバー１１６を備えている。横型ドライバー１１６は上ベース１１２に取り付けられ、下動及び上動自在に構成されている。
【００２１】
更に、この液圧成形装置は、下型１１１、上型１１３及び横型１１５から成る金型内部に収納された素管３００（被加工管）に、水等の液体を圧入すると共に素管３００をその軸方向に押し込む一対の軸押し具１１７，１１８と、素管３００を固定するパット１１９、素管３００内に注入された液体の圧力によって生じ、横型１１５及び横型ドライバー１１６に作用する反力を打ち消すためのバックアップ駒１２０とを備え、このバックアップ駒１２０は、横型ドライバー１１６に隣接して下ベース１１０上に配置されている。
【００２２】
ここで、横型１１５には、横型ドライバー１１６に隣接する側に傾斜部１１５Ａが設けられており、横型ドライバー１１６には、その下動に伴い、この横型１１５の傾斜部１１５Ａに当接して横型１１５を下型１１１の方向に移動させる傾斜部１１６Ａが設けられている。また、軸押し具１１７には、不図示の液圧系から供給される液体を素管３００内に注入するための注入孔１１７Ａが設けられている。そして、図４に示すように、素管３００は下型１１１の所定位置に載置される。
【００２３】
２．予備成形型注入
次に、図５に示すように、上型１１３を下型１１１の方向に下動させ、パット１１９で素管３００の両端を固定する。また、軸押し具１１７，１１８を素管３００の両端から挿入し、軸押し具１１７の注入口１１７Ａから液体を圧入する。
【００２４】
３．横型スライド開始
次に、図６に示すように、横型ドライバー１１６を下動させ、横型ドライバー１１６の傾斜部１１６Ａが横型１１５の傾斜部１１５Ａに当接すると、横型１１５は下型１１１の方向に力を受ける。横型１１５は摺動プレート１１４上に載置されているので、横型ドライバー１１６が下がるスラストで下型１１１の方向に移動を開始する。
【００２５】
４．横型スライド過程
図７に示すように、横型ドライバー１１６を更に下動させると、横型１１５は下型１１１に更に近接し、素管３００に接触する。また、上型１１３も更に下動させ、素管３００に接触するようになる。
【００２６】
５．曲げ・予備成形開始
図８に示すように、横型ドライバー１１６は更に下動させ、横型１１５を死点まで移動させる。また、上型１１３も更に下動させる。これにより、素管３００の曲げ加工と予備成形が同時に進行する。一方、軸押し具１１７，１１８を内側に前進させることにより、素管３００内の液圧を除々に上げていく。
【００２７】
６．曲げ・予備成形終了
図９に示すように、上型１１３を死点まで下動させる。これにより、素管３００の曲げ加工と予備成形が完了する。
【００２８】
７．成形
図１０に示すように、軸押し具１１７，１１８を更に内側に前進させることにより、液圧を高め、液圧成形（ハイドロフォーム）を完了する。この成形過程で、素管３００内に注入された液体の圧力によって横型１１５及び横型ドライバー１１６に反力が加わるが、この状態で横型ドライバー１１６にバックアップ駒１２０が接触するように固定して配置されているので、バックアップ駒１２０からの反作用により、この反力は打ち消される。これにより、横型１１５及び横型ドライバー１１６に加わる力がバランスされ液圧成形が正常に行われる。
【００２９】
８．成形終了
図１１に示すように、液圧成形が成された製品３０１から軸押し具１１７、１１８を抜き取り、液体を排出する。液圧成形装置の金型は初期の位置に戻される。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態に係る液圧成形装置について、図１２を参照しながら説明する。一般に、自動車のフレームには左右対称なＬフレームとＲフレームがある。そこで、この液圧成形装置はＬ／Ｒのフレーム３００Ｌ，３００Ｒを同時に成形するものである。そこで、Ｌ金型とＲ金型を左右対称に配置し、しかも横型を対向して配置し、横型の間に１つの横型ドライバーを挿入するようにして、左右からの反力が横型ドライバーに加わるようにして反力を打ち消すようにした。
【００３１】
更に詳しい構成を説明すると、この装置は、下ベース１１０に固定された左下型１１１Ｌと、上ベース１１２に取り付けられた上動及び下動が自在な左上型１１３Ｌと、下ベース１１０上を摺動可能な左摺動プレート１１４上に載置された左横型１１５Ｌと、これらの左金型に隣接して左右対称に配置された、右上型１１３Ｒ、右下型１１１Ｒ及び右横型１１５Ｒから右金型と、左横型１１５Ｌと右横型１１５Ｒの間に挿入され、横左型１１５Ｌと右横型１１５Ｒとを同時に駆動する横型ドライバー１３０と、から構成されている。なお、パット、軸押し具等についても同様に具備している。
【００３２】
左横型１１５Ｌ、右横型１１５Ｒには、横型ドライバー１１６に隣接する側に傾斜部１１５ＡＬ、１１５ＡＲが設けられている。また、横型ドライバー１３０には、その下動に伴い、傾斜部１１５ＡＬ、１１５ＡＲに当接して、左横型１１５Ｌを左下型１１１Ｌの方向に、右横型１１５Ｒを右下型１１１Ｒの方向に、移動させる傾斜部１３０Ｌ，１３０Ｒが左右対称に設けられている。
【００３３】
これにより、横型ドライバー１３０の下動に伴い、傾斜部１１５ＡＬ、１１５ＡＲに当接することで、左横型１１５Ｌは左向きの力を受け、右横型１１５Ｒは右向きの力を受けることでそれぞれの当該方向に移動する。
【００３４】
したがって、この装置によれば、左右対称のフレーム３００Ｌ，３００Ｒを同時に、曲げ加工、予備成形、液圧加工を施すことができる。また、液圧加工時に左横型１１５Ｌ、右横型１１５Ｒに加わる液体からの反力は、左横型１１５Ｌ、右横型１１５Ｒの間に下動され、接触して両者に接触する横型ドライバー１３０に左右対称に加わることで打ち消される。この装置では、反力を打ち消すためのバックアップ駒１２０は不要となる。
【００３５】
次に、本発明の更に他の実施形態に係る液圧成形装置について図１３、図１４を参照しながら説明する。図１３はこの液圧成形装置の成形前の状態を示す図である。図１４はこの液圧成形装置の液圧成形時の状態を示す図であり、図１４（ｂ）は装置の正面図、図１４（ａ）は図１４（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３６】
この装置は、素管３００内に注入された液体の圧力によって上型１１３や横型１１５に加わる反力を打ち消すための更に別の構造を有している。その特徴構成は以下の点である。
（１）下型１１１に壁部１１１Ａを設け、この壁部に下動して来た上型１１３が当接するようにした。これにより、素管３００内に注入された液体の圧力によって上型１１３に加わる反力を打ち消すことができる。
（２）上型１１３に横型１１５に設けた凹部１１５Ｂに嵌合される凸部１１３Ａを設け、上型１１３の下動に伴い、凹部１１５Ｂに凸部１１３Ａが嵌合して、上型１１３が横型１１５を押さえ込むようにした。これにより、横型１１５に加わる横方向の反力を打ち消すことができ、装置を安定して運転することができる。
（３）バックアップ駒１２０は、横型ドライバー１１６に接触し、かつ下型１１１、横型１１５の全周を取り囲むように配置した。これは、横型１１５、横型ドライバー１１６だけでなく、下型１１１も反力を受けるためである。これにより、下型１１１に加わる液圧による反力も打ち消すことができる。また、バックアップ駒１２０を環状に配置したため、横型ドライバー１１６からバックアップ駒１２０に加わる反力は左右に分散され、反力の影響を緩和することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、長尺素管からパイプカットされた所定長さの素管を被加工管とし、１つの液圧加工装置装置のみを用いて、曲げ加工、予備成形、液圧成形を一貫して行うことが可能になるので、ベンダーや予備成型装置が不要となり、製造設備、工程数が削減され、製造コスト（加工費及び設備費）を大幅に削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本思想を説明する図である。
【図２】本発明の液圧成形装置による工法の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の液圧成形装置による工法の他の例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図６】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図８】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図９】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図１０】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図１１】本発明に係る液圧成形装置及び液圧成形方法を説明する図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る液圧成形装置を説明する図である。
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係る液圧成形装置の形成前の状態を示す図である。
【図１４】本発明の更に他の実施形態に係る液圧成形装置の液圧形成時の状態を示す図である。
【図１５】従来の工法を説明する概略図である。
【図１６】従来の曲げ加工工程を説明する概略図である。
【図１７】予備成形の必要性を説明する図である。
【図１８】従来の予備成形工程を説明する図である。
【図１９】従来の液圧成形装置及び液圧成形工程を説明する図である。
【符号の説明】
１００　下型
１０１　上型
１０２　横型
１０３　液体
１１０　下ベース
１１１　下型
１１２　上ベース
１１３　上型
１１４　摺動プレート
１１５　横型
１１６　横型ドライバー
１１７　軸押し具
１１８　軸押し具
１１９　パット
１２０　バックアップ駒
２００　素管
３００　素管
【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】
2004050279.tif 000011
【図１０】
2004050279.tif 000012
【図１１】
2004050279.tif 000013
【図１２】
2004050279.tif 000014
【図１３】
2004050279.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004050279.tif 000017
【図１６】
2004050279.tif 000018
【図１７】
2004050279.tif 000019
【図１８】
2004050279.tif 000020
【図１９】
2004050279.tif 000021