(57)【要約】【課題】張出し高さが大きい中空成形体では、膨張成形が進行することにより板厚減少が過大になったり破断したりする恐れがあるという問題点があった。【解決手段】２枚の金属板１，２の外周部Ｇを接合して予備成形体Ｐを形成し、予備成形体Ｐの外周部Ｇを金型１１で挟んだ後、その内部に液圧を付与して張出し高さが異なる断面を一体に有する中空成形体Ｆに成形するに際し、張出し高さが大きい断面部分に対して保持部１２Ａ，１３Ａと可動部１２Ｂ，１３Ｂを備えた金型１１を用い、予備成形体Ｐの外周部Ｇを保持部１２Ａ，１３Ａで挟むと共に、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂを接触させながら液圧成形することにより、張出し高さが大きい断面部分の板厚の過大な減少や破断を抑制する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合した２枚の金属板の外周部を接合して予備成形体を形成し、予備成形体の外周部を上下に分割した金型で挟んだ後、予備成形体の内部に液圧を付与することにより予備成形体を中空成形体に成形するに際し、予備成形体の外周部を挟む保持部と予備成形体に対して進退可能な可動部を備えた金型を用い、予備成形体の外周部を保持部で挟むと共に、予備成形体と可動部を常に接触させながら予備成形体の内部に液圧を付与して中空成形体を成形することを特徴とする液圧成形方法。
【請求項２】
中空成形体が、張出し高さが異なる断面を一体に有するものであると共に、金型として、張出し高さが大きい断面部分に対して、保持部と可動部を備えた金型を用いることを特徴とする請求項１に記載の液圧成形方法。
【請求項３】
予備成形体と可動部との接触状態をほぼ一定に維持しつつ予備成形体の内部に液圧を付与して中空成形体を成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧成形方法。
【請求項４】
予備成形体の成形高さの増加に対応して、可動部の移動量を制御することを特徴とする請求項３に記載の液圧成形方法。
【請求項５】
予備成形体の金型内への材料流入量に対応して、可動部の移動量を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の液圧成形方法。
【請求項６】
予備成形体の金型内への材料流入量に対応して、保持部の加圧力を制御することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液圧成形方法。
【請求項７】
重合した２枚の金属板の外周部を接合して予備成形体を形成し、予備成形体の外周部を上下に分割した金型で挟んだ後、予備成形体の内部に液圧を付与することにより予備成形体を中空成形体に成形する装置であって、金型が、予備成形体の外周部を挟む保持部と、予備成形体に接触した状態で移動する可動部を備えていることを特徴とする液圧成形装置。
【請求項８】
中空成形体が、張出し高さが異なる断面を一体に有するものであると共に、金型が、張出し高さが大きい断面部分に対して、保持部と可動部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の液圧成形装置。
【請求項９】
予備成形体と可動部との接触状態を検出する接触状態検出手段と、接触状態検出手段により検出した接触状態が一定になるように少なくとも可動部の動作を調節する接触状態調節手段を備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の液圧成形装置。
【請求項１０】
接触状態検出手段が、可動部に設けられて予備成形体と可動部との当接を検出する接触センサであることを特徴とする請求項９に記載の液圧成形装置。
【請求項１１】
接触状態検出手段が、金型に設けられて予備成形体の外周部の位置を検出する位置センサであることを特徴とする請求項９に記載の液圧成形装置。
【請求項１２】
接触状態調整手段が、可動部の移動量を制御する可動部制御装置であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の液圧成形装置。
【請求項１３】
接触状態調整手段が、保持部の加圧力を制御する保持部制御装置であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の液圧成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車構造部材などに使用される中空成形体を液圧により膨張成形する際に利用する液圧成形方法及び液圧成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、液圧成形方法としては、重合した２枚の金属板の外周部を溶接により接合して予備成形体を形成し、予備成形体を上下に分割した金型に投入して外周部を挟み込んだ後、予備成形体の内部に液体を注入して徐々に液圧を付与することにより、予備成形体を金型内部で膨張させて所定の中空成形体に成形するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４７６４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の液圧成形方法では、成形しようとする中空成形体の形状によっては、良好な成形が困難になる場合があった。
【０００５】
図１０（ａ）に示す中空成形体Ｆは、張出し高さが異なる断面を一体に併せ持つものであって、図１０（ｂ）に示す端部寄り部分の断面（Ａ−Ａ線断面）の張出し高さＨ０に比べて、図１０（ｃ）に示す中央部分の断面（Ｂ−Ｂ線断面）の張出し高さＨ１の方が大きくなっている。
【０００６】
このような中空成形体Ｆを従来の液圧成形方法で成形する場合、図１１に示す金型１００に予備成形体Ｐを投入した後、予備成形体Ｐの内部に液圧を付与していくと、張出し高さが小さい断面部分において、図１１（ａ）に示すように、予備成形体Ｐが金型１００の上型１０１及び下型１０２に接触する。しかし、この時点では、張出し高さが大きい断面部分は、図１１（ｂ）に示すように、予備成形体Ｐが上型１０１及び下型１０２に接触していない。
【０００７】
このように、張出し高さが大きい中空成形体では、膨張成形が進行することにより板厚減少が過大になったり、破断したりする恐れがあるという問題点があった。とくに、張出し高さが異なる断面部分を一体に併せ持つ中空成形体においては、張出し高さが大きい断面部分は、張出し高さが小さい断面部分の成形が完了しつつあるときにも、さらに膨張成形が進行することとなり、この恐れがおおきいものであった。
【０００８】
なお、上記したように張出し高さが異なる断面を一体に有する中空成形体を成形する場合、他の方法としては、張出し高さが異なる部品又は張出し高さの増加分に相当する部品を製造して、これらを溶接により接合する方法もあるが、このように別部品を溶接接合したものでは、コスト上昇や質量上昇の原因になるという問題点があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、中空成形体を液圧成形するに際して、とくに、張出し高さが大きい断面を少なくとも一部に有する中空成形体における板厚の過大な減少や破断を抑制することができる液圧成形方法および液圧成形装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液圧成形方法は、重合した２枚の金属板の外周部を接合して予備成形体を形成し、予備成形体の外周部を上下に分割した金型で挟んだ後、予備成形体の内部に液圧を付与することにより予備成形体を中空成形体に成形する方法であって、予備成形体の外周部を挟む保持部と予備成形体に対して進退可能な可動部を備えた金型を用いる。そして、予備成形体の外周部を保持部で挟むと共に、予備成形体と可動部を常に接触させながら予備成形体の内部に液圧を付与して中空成形体を成形することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の液圧成形装置は、重合した２枚の金属板の外周部を接合して予備成形体を形成し、予備成形体の外周部を上下に分割した金型で挟んだ後、予備成形体の内部に液圧を付与することにより予備成形体を中空成形体に成形する装置であって、金型が、予備成形体の外周部を挟む保持部と、予備成形体に接触した状態で移動する可動部を備えていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の液圧成形方法によれば、予備成形体と可動部とを接触させながら液圧成形をすることから、予備成形体における可動部との接触部分には成形歪がほとんど発生することがなく、局所的な板厚減少が抑制されるので、予備成形体の外周部からもスムーズに材料が流入し易くなる。したがって、張出し高さが大きい断面における板厚の過大な減少や破断を抑制した液圧成形が可能となり、これにより品質の高い中空成形体を提供することができる。
【００１３】
また、本発明の液圧成形装置によれば、予備成形体と可動部とを接触させながら液圧成形をすることで、予備成形体における可動部との接触部分には成形歪がほとんど発生することがなく、局所的な板厚減少が抑制されるので、予備成形体の外周部からもスムーズに材料が流入し易くなる。したがって、張出し高さが大きい断面における板厚の過大な減少や破断を抑制することができ、これにより品質の高い中空成形体を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の液圧成形方法及び液圧成形装置の一実施形態を説明する。なお、ここで成形する中空成形体Ｆは、張出し高さが異なる断面を一体に併せ持つものであって、図１０に示すように、端部寄り部分の張出し高さＨ０に対して、中央部分の張出し高さＨ１が大きい形状を有している。
【００１５】
当該液圧成形方法及び液圧成形装置によって上記中空成形体Ｆを成形するには、図１に示す予備成形体Ｐを形成する。予備成形体Ｐは、２枚の金属板１，２を重合し、その外周部Ｇを全周にわたって気密的に接合したものである。この接合には、レーザー溶接やアーク溶接等の溶接又は接着剤などが用いられる。このとき、両金属板１，２の一端部側には、互いに対向する凹部１ａ，２ａが予め形成してあり、予備成形体Ｐの形成後には、両凹部１ａ，２ａによって液体供給用の空洞部３を形成している。また、図中下側の金属板２には、凹部２ａに、後記する液体供給ノズルと嵌合する開口部４が形成してある。
【００１６】
上記の予備成形体Ｐは、図２に示すように、当該液圧成形装置を構成する金型１１に投入される。金型１１は、上下に分割した上型１２と下型１３から成るものであって、図示しないプレス装置によって上型１２と下型１３の開閉を行うと共に、中空成形体Ｆの形状に対応するキャビティ１４を形成する。また、下型１３には、液体供給ノズル１５が設けてあり、この液体供給ノズル１５には、高圧ホース１６及び下型１３の流路１７を通して、図示しない液体供給源から液体が加圧供給される。
【００１７】
さらに、金型１１は、図３に示すように、中空成形体Ｆの張出し高さが異なる断面部分に対応した構成を有する。すなわち、金型１１は、張出し高さが小さい断面部分に対応する断面（図２中のＣ−Ｃ線断面）においては、図３（ａ）に示すように、上型１２、下型１３及びキャビティ１４が現れている。
【００１８】
これに対して、張出し高さが大きい断面部分に対応する断面（図２中のＤ−Ｄ線断面）においては、上型１２、下型１３及びキャビティ１４が現れていると共に、上型１２及び下型１３の夫々に、予備成形体Ｐの外周部Ｇを挟む両側の保持部１２Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１３Ａと、予備成形体Ｐに接触した状態で上下に移動する中央の可動部１２Ｂ，１３Ｂを備えている。なお、保持部１２Ａ，１３Ａは、実質的に型本体であるが、型本体と別体にすることも可能である。
【００１９】
また、当該液圧成形装置は、金型１１に、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を検出する接触状態検出手段と、接触状態検出手段により検出した接触状態が一定になるように可動部の動作を調節する接触状態調節手段を備えている。この実施形態において、接触状態検出手段は、各可動部１２Ｂ，１３Ｂに設けられて予備成形体Ｐに接触することで予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの当接を検出する接触センサ１８，１８であり、接触状態調節手段は、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量を制御する可動部制御装置１９，１９である。
【００２０】
接触センサ１８は、例えば、接触圧を検出するセンサである。可動部制御装置１９は、例えば、油圧シリンダを備えたものであり、予備成形体Ｐに対して可動部１２Ｂ，１３Ｂを進退駆動する。この可動部制御装置１９には、接触センサ１８からの検出信号に基づいて油圧シリンダへの駆動司令信号を発生する制御機器を含めることができる。
【００２１】
そして、上記液圧成形装置を用いた液圧成形方法では、予備成形体Ｐを金型１１に投入し、図３に示すように、予備成形体Ｐの外周部Ｇを上型１２と下型１３で挟み込み、この際、図２に示すように予備成形体Ｐの開口部４と液体供給ノズル１５を嵌合して、同ノズル１５を空洞部３に突入させた状態にすると共に、上下の可動部１２Ｂ，１３Ｂを前進させて予備成形体Ｐに当接させる。
【００２２】
その後、液体供給ノズル１５から予備成形体Ｐの内部に液体を注入し、予備成形体Ｐの内部に液圧を付与していくと、図４に示すように、予備成形体Ｐの膨張成形が開始される。この際、予備成形体Ｐは、外周部Ｇが気密的に接合してあるので、液体を高圧で供給しても外周部Ｇから液洩れが生じることはない。
【００２３】
ここで、当該液圧成形方法では、中空成形体Ｆの張出し高さが大きい断面部分については、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂを常に接触させながら液圧を付与することとし、これを実現するために、当該液圧成形装置では、予備成形体Ｐの成形高さの増加に対応して、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量を制御する。
【００２４】
すなわち、接触センサ（接触状態検出手段）１８により予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの当接（接触圧力）を検出し、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態がほぼ一定に維持されるように、可動部制御装置（接触状態調節手段）１９により可動部１２Ｂ，１３Ｂを移動させる。
【００２５】
このとき、この実施形態では、図４（ａ）に示す張出し高さの小さい断面部分の成形高さ（次第に増加する高さ）Ｍに比べて、図４（ｂ）に示す張出し高さの大きい断面部分の成形高さ（次第に増加する高さ）Ｎの方が僅かに小さくなるように、可動部１２Ｂ，１３Ｂの後退動作を制御する。これにより、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとを常に接触状態にすることがより確実となる。
【００２６】
そして、予備成形体Ｐの内部に液圧を付与し続けると、張出し高さの小さい断面部分においては、図５（ａ）に示すように予備成形体Ｐがキャビティ１４の内面に接触すると共に、張出し高さの大きい断面部分においては、図５（ｂ）に示すように予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態をほぼ一定に維持しつつ予備成形体Ｐがさらに膨張し、最終的には、図６（ａ）に示すように、張出し高さの小さい断面部分の全体がキャビティ１４の内面に押圧されると共に、図６（ｂ）に示すように、張出し高さの大きい断面部分の全体が可動部１２Ｂ，１３Ｂを含むキャビティ１４の内面に押圧されて、張出し高さが異なる断面を一体に有する中空成形体Ｆが得られる。
【００２７】
このように、当該液圧成形方法及び液圧成形装置では、とくに張出し高さが大きい断面部分すなわち板厚減少や破断が生じ易い断面部分について、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとを常に接触させながら液圧成形を行うので、予備成形体Ｐにおける可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触部分には成形歪がほとんど発生することがなく、局所的な板厚減少が抑制されるので、予備成形体Ｐの外周部Ｇからもスムーズに材料が流入し易くなる。したがって、張出し高さが大きい断面部分における板厚の過大な減少や破断を抑制した液圧成形が行われ、これにより品質の高い中空成形体Ｆが得られることとなる。
【００２８】
また、当該液圧成形方法及び液圧成形装置は、中空成形体Ｆを一体成形することから、別部品を接合する方法に比べて、コスト増加の抑制や軽量化の面でも有利である。なお、張出し高さが大きい断面部分では、金型１１内への材料の流れが多くなるので、図６に示すように、張出し高さが小さい断面部分の幅Ｗ０よりも、張出し高さが大きい断面部分の幅Ｗ１の方が小さくなる。
【００２９】
さらに、上記実施形態で説明したように、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの当接を接触センサ１８で検出し、その検出結果に基づいて可動部制御装置１９を制御すれば、予備成形体Ｐの成形高さの増加に対応して、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量が制御されることとなり、これにより予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を常に一定に維持することが可能となり、張出し高さが大きい断面部分における板厚減少や破断をより確実に防止し得る。
【００３０】
図７は、本発明に係わる液圧成形方法及び液圧成形装置の他の実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
この実施形態では、液圧成形装置が、中空成形体Ｆにおける張出し高さが大きい断面部分に対して、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を検出する接触状態検出手段として、金型１１に設けられて予備成形体Ｐの外周部Ｇの位置を検出する位置センサ２０を備えていると共に、接触状態検出手段（位置センサ２０）により検出した接触状態が一定になるように可動部１２Ｂ，１３Ｂの動作を調節する接触状態調節手段として、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量を制御する可動部制御装置１９を備えている。位置センサ２０は、上型１２と下型１３の間に設けてあり、ばねにより付勢されて外周部Ｇの先端に当接する接触子を備えている。
【００３２】
ここで、図８は、予備成形体Ｐにおける外周部Ｇの金型１１内への材料流入量（Ｗ）と予備成形体Ｐの成形高さ（Ｈ）との関係を成形時間とともに示すグラフである。図８から明らかなように、予備成形体Ｐの成形高さ（張出し高さ）が増大すれば、材料流入量も増大することとなり、さらに、先に図６に基づいて説明したように予備成形体Ｐの幅が小さくなる。すなわち、図７（ａ）及び（ｂ）に予備成形体Ｐの膨張成形過程を示すように、予備成形体Ｐの外周部Ｇが金型１１内へ移動する。
【００３３】
そこで、この実施形態では、上記の如く材料流入量と成形高さとの関係が予め判っているので、液圧成形時において、位置センサ２０で外周部Ｇの位置すなわち外周部Ｇの金型１１内への移動量を検出し、その検出結果に基づいて可動部制御装置１９を制御することにより、予備成形体Ｐの成形高さの増加に対応して、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量を制御する。
【００３４】
つまり、先の実施形態では、予備成形体Ｐに接触する接触センサ１８により、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を直接的に検出していたのに対して、この実施形態では、外周部Ｇに接触する位置センサ２０により、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を間接的に検出する。このようにしても、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態が常に一定に維持されることとなり、先の実施形態と同様に、張出し高さが大きい断面部分における板厚減少や破断をより確実に防止し得るものとなる。
【００３５】
本発明に係わる液圧成形方法のさらに他の実施形態としては、予備成形体Ｐの金型１１内への材料流入量に対応して、保持部１２Ａ，１３Ａの加圧力を制御することが挙げられる。この場合、液圧成形装置は、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を検出する接触状態検出手段として、図３に示す接触センサ１８及び図７に示す位置センサ２０の少なくとも一方を用いることができる。
【００３６】
また、接触状態検出手段により検出した接触状態が一定になるように可動部１２Ｂ，１３Ｂ及び保持部１２Ａ，１３Ａの動作を調節する接触状態調節手段として、可動部１２Ｂ，１３Ｂの移動量を制御する可動部制御装置１９と、保持部１２Ａ，１３Ａの加圧力を制御する保持部制御装置を用いる。このとき、保持部制御装置は、各図に示す如く保持部１２Ａ，１３Ａが上型１２及び下型１３と一体化している場合には、プレス装置における上型１２の駆動装置を兼用することができ、保持部１２Ａ，１３Ａを別体にした場合には、可動部制御装置１９と同様に、油圧シリンダ等を備えたものとすることができる。
【００３７】
ここで、図９は、保持部１２Ａ，１３Ａの加圧力（Ｆ）と材料流入量（Ｗ）との関係を示すグラフであり、加圧力を高めれば材料流入量が減少し、逆に、加圧力を緩めれば材料流入量が増加する。そこで、液圧成形時において、接触状態検出手段により予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとの接触状態を直接的又は間接的に検出して、可動部制御装置１９を制御し、これに加えて、接触状態検出手段により検出した接触状態に基づいて保持部制御装置を制御し、保持部１２Ａ，１３Ａによる外周部Ｇの加圧力を増減させて材料流入量を調節する。
【００３８】
このように、可動部制御装置１９及び保持部制御装置の両方を制御して材料流入量をも調節すれば、予備成形体Ｐと可動部１２Ｂ，１３Ｂとを常に接触状態にすることがより一層確実なものとなり、張出し高さが大きい断面部分において板厚減少や破断を防止する効果がさらに高められる。
【００３９】
なお、本発明の液圧成形方法及び液圧成形装置は、詳細な構成が上記各実施形態のみに限定されることはなく、例えば全体にわたり張出し高さが大きな中空成形体の液圧成形や、張出し高さが異なる断面を２箇所以上に有する中空成形体の液圧成形にも適用することが可能であり、この場合には、各断面部分に可動部を配置し、各可動部と予備成形体とが常に接触するように各可動部の移動量を制御すれば良い。また、各実施形態では、中空成形体の断面が上下対称であるが、上下非対称の中空成形体にも当然適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】予備成形体を説明する断面図である。
【図２】液圧成形装置を構成する金型を説明する断面図である。
【図３】液圧成形前の状態を説明する図２中のＣ−Ｃ線断面図（ａ）及びＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【図４】液圧成形開始後の状態を説明する図２中のＣ−Ｃ線断面図（ａ）及びＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【図５】液圧成形中の状態を説明する図２中のＣ−Ｃ線断面図（ａ）及びＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【図６】液圧成形後の状態を説明する図２中のＣ−Ｃ線断面図（ａ）及びＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【図７】液圧成形装置の他の実施形態を示す図であって、図２中のＤ−Ｄ線における予備成形体の成形過程を示す各々断面図（ａ）（ｂ）である。
【図８】予備成形体の材料流入量と予備成形体の成形高さとの関係を成形時間とともに示すグラフである。
【図９】保持部の加圧力と材料流入量との関係を示すグラフである。
【図１０】張出し高さが異なる断面を有する中空成形体の一例を示す斜視図（ａ）、Ａ−Ａ線断面図（ｂ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｃ）である。
【図１１】従来の液圧成形用の金型を説明する各々断面図（ａ）（ｂ）である。
【符号の説明】
Ｆ                中空成形体
Ｇ                外周部
Ｐ                予備成形体
１  ２            金属板
１１              金型
１２              上型
１３              下型
１２Ａ  １３Ａ    保持部
１２Ｂ  １３Ｂ    可動部
１８              接触センサ（接触状態検出手段）
１９              可動部制御装置（接触状態調節手段）
２０              位置センサ（接触状態検出手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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