(57)【要約】本発明においては、互いに組み立てられるべきチューブ状ブランクとブッシング（５０）のような物品とが、ダイ内に導入される。チューブ（４０）は、典型的な方法を使用してハイドロフォーミング形成される。その際、ブランクを加圧した状態で、パンチによってチューブに孔が穿孔される。パンチには、物品が搭載される。パンチが前進駆動されたときには、物品が、穿孔形成された孔を通してチューブ内へと押し込まれる。パンチがさらに前進駆動されることによって、チューブの反対側の壁に、さらなる孔が穿孔される。その後、パンチが退避され、チューブには、ブッシングが残される。これに代えて、物品を、パンチとは個別の手段を使用することによって、挿入することもできる。
2004511352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状部材をハイドロフォーミング形成するための方法であって、
（ａ）形成すべきチューブ状部材の所望最終形状に対応した内表面を有したキャビティを内部に備えたダイを準備し；
（ｂ）内部チャンバを有したチューブ状ブランクを準備し；
（ｃ）前記キャビティ内に前記チューブ状ブランクを拘束し；
（ｄ）前記内部チャンバをシールし；
（ｅ）前記内部チャンバを加圧することによって、前記キャビティの前記内表面に倣うように前記ブランクを変形させ、これにより、壁を有したチューブ状部材を形成し；
（ｆ）前記チューブ状部材を前記ダイ内に保持しつつ、前記チューブ状部材の前記壁に孔を形成し；
（ｇ）前記チューブ状部材を前記ダイ内に保持しつつ、物品を前記穴内に挿入する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記孔を、パンチによって形成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
前記パンチを、退避位置と挿入位置との間にわたって変位可能なものとし、
前記パンチが前記挿入位置とされているときには、前記パンチの一部が、前記壁内の前記孔を通して挿入されているものとし、
前記パンチを、物品挿入部材を備えたものとし、
この物品挿入部材を、前記パンチが前記退避位置にあるときに前記物品を受領し得るように構成されたものとし、
前記物品挿入部材を、前記物品に対して係合可能なものとし、これにより、前記パンチを前記退避位置から前記挿入位置へと前進駆動した際には、前記物品挿入部材によって前記孔内に前記物品を挿入することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記チューブ状部材の前記壁に、第２孔を形成することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記物品を、前記第２孔内に少なくとも部分的に挿入することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
前記物品を、貫通穴を有したものとすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記物品を、ブッシング、カラー、および、ナットからなるグループの中から選択することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記物品を、前記孔内に押圧係合することを特徴とする方法。
【請求項９】
キャビティを内部に備えたダイを準備し、内部チャンバを有したブランクを準備し、前記キャビティ内に前記ブランクを拘束し、前記内部チャンバをシールし、前記内部チャンバを加圧することによって、壁を有したチューブをハイドロフォーミング形成するという方法において、
（ａ）前記チューブを前記ダイ内に保持しつつ、前記チューブの前記壁に孔を形成し；
（ｂ）前記チューブを前記ダイ内に保持しつつ、物品を前記穴内に少なくとも部分的に挿入する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
チューブ状部材をハイドロフォーミング形成するための装置であって、
（ａ）チューブ状部材を拘束するためのキャビティを内部に備えたダイと；
（ｂ）所望圧力にまで前記チューブ状部材の内部を加圧するための加圧手段と；
（ｃ）前記チューブ状部材の壁に孔を形成するための孔形成部材と；
（ｄ）物品を前記孔内へと少なくとも部分的に挿入するための物品挿入部材と；
を具備し、
前記孔形成部材は、前記ダイ内部の通路内に配置され、かつ、その通路は、前記キャビティに連通したものとされ、これにより、前記孔形成部材が、前記キャビティ内に拘束された前記チューブ状部材の前記壁に対してアクセスすることができるようになっており、
前記物品挿入部材は、前記ダイ内部の通路内に配置され、かつ、その通路は、前記キャビティに連通したものとされ、これにより、前記物品挿入部材は、前記チューブ状部材が前記キャビティ内に拘束されている状態で、前記チューブ状部材の前記孔に対してアクセスすることができるようになっていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記孔形成部材が、パンチであることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の装置において、
前記孔形成部材と前記物品挿入部材とが、前記ダイ内部の同一の通路内に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、
前記パンチが、前記通路内において退避位置と挿入位置との間にわたって変位可能なものとされ、
前記パンチが前記挿入位置とされているときには、前記パンチの一部が、前記壁内の前記孔を通して挿入され、
前記パンチが、物品挿入部材を備え、
この物品挿入部材が、前記パンチが前記退避位置にあるときに前記物品を受領し得るように構成され、
前記物品挿入部材が、前記物品に対して係合可能なものとされ、これにより、前記パンチを前記退避位置から前記挿入位置へと前進駆動した際には、前記物品挿入部材によって前記孔内に前記物品が挿入されるようになっていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の装置において、
前記物品が、貫通穴を有していることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、
前記物品が、ブッシング、カラー、および、ナットからなるグループの中から選択されたものであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブのハイドロフォーミング形成に関するものであり、より詳細には、内部に物品が挿入されたチューブの形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォーミング法は、複雑な形状を有した一体型中空ビームを形成し得るものとして、周知である。ハイドロフォーミング法を使用しない場合には、複数の部品から何らかの部材を形成しなければならず、それを形状へと曲げなければならない。典型的には、最終部材の所望外形形状の形態とされた内部キャビティを有した一対のダイの間に、丸いチューブ状ブランクが挿入される。その後、チューブの両端を閉塞し、チューブ状ブランクの内部チャンバを加圧し、通常は水または油圧油によって加圧し、チューブ状ブランクを、ダイキャビティの形状となるようにする。その後、圧力が解除され、完成品をなす部材が取り出される。
【０００３】
ハイドロフォーミング部材は、多くの場合、最終応用において、１つまたは複数の孔または開口が形成されることを必要とする。時には、チューブが形成された後に、カットや穿孔が行われる。しかしながら、チューブが加圧されていてダイまたはモールド内に保持されている最中に、穿孔したり孔をカット形成したりすることも、公知である。例えば、Ｍａｓｏｎ 氏による米国特許明細書第４，９８９，４８２号には、内部が加圧されているチューブの壁を穿孔することが開示されている。同様に、Ｓｈａｈ氏他による米国特許明細書第５，６６６，８４０号には、ハイドロフォーミングチューブに互いに位置合わせされた２つの孔を開けることが開示されている。
【０００４】
多くの場合、孔が開けられた後に、例えばブッシングやネジ山付きナットといったような機能部材が、例えばハイドロフォーミング部材に対しての固定具の取付を可能とするためといったような目的のために、挿入される必要がある。他の物品を挿入することが要望されることもある。しかしながら、すべての場合において、１つまたは複数の孔が穿孔された（あるいは、カット形成された、等）後に、ダイカートリッジから部材を取り外した後に、ブッシング等が挿入され、ハイドロフォーミング部材に対して溶接される。他の取付方法が公知ではあるけれども、各方法においては、部材がハイドロフォーミングされ孔が形成された後に、個別的に取付操作を行うことを必要としている。そのような付加的なカットステップや取付ステップや溶接ステップは、プロセスコストを増大させたり製造時間を長引かせたりするばかりではなく、例えば付加的な寸法誤差とかプロセスステップ時の作業ミスとかといったようなエラーを導入する傾向がある。そのような寸法誤差とか作業ミスは、部材の機能性および経済性の面で不利である。
【０００５】
したがって、プロセスコストおよびプロセス時間を低減し得るとともに部材の大量生産時の精度および再現性を増大させ得るよう、ハイドロフォーミングチューブ内に物品を挿入可能とし得るように改良された方法および装置が要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１見地においては、本発明は、チューブ状部材をハイドロフォーミング形成するための方法であって、形成すべきチューブ状部材の所望最終形状に対応した内表面を有したキャビティを内部に備えたダイを準備し、内部チャンバを有したチューブ状ブランクを準備し、キャビティ内にチューブ状ブランクを拘束し、内部チャンバをシールし、内部チャンバを加圧することによって、キャビティの内表面に倣うようにブランクを変形させ、これにより、壁を有したチューブ状部材を形成し、チューブ状部材をダイ内に保持しつつ、チューブ状部材の壁に孔を形成し、チューブ状部材をダイ内に保持しつつ、物品を穴内に挿入する、という方法を提供する。
【０００７】
第２見地においては、本発明は、キャビティを内部に備えたダイを準備し、内部チャンバを有したブランクを準備し、キャビティ内にブランクを拘束し、内部チャンバをシールし、内部チャンバを加圧することによって、壁を有したチューブをハイドロフォーミング形成するという方法に関する改良を提供するものであり、改良点が、チューブをダイ内に保持しつつチューブの壁に孔を形成するステップと、チューブをダイ内に保持しつつ物品を穴内に少なくとも部分的に挿入するステップと、を備えている。
【０００８】
第３見地においては、本発明は、チューブ状部材をハイドロフォーミング形成するための装置であって、チューブ状部材を拘束するためのキャビティを内部に備えたダイと、所望圧力にまでチューブ状部材の内部を加圧するための加圧手段と、チューブ状部材の壁に孔を形成するための孔形成部材と、物品を孔内へと少なくとも部分的に挿入するための物品挿入部材と、を具備し、孔形成部材は、ダイ内部の通路内に配置され、かつ、その通路は、キャビティに連通したものとされ、これにより、孔形成部材が、キャビティ内に拘束されたチューブ状部材の壁に対してアクセスすることができるようになっており、物品挿入部材は、ダイ内部の通路内に配置され、かつ、その通路は、キャビティに連通したものとされ、これにより、物品挿入部材は、チューブ状部材がキャビティ内に拘束されている状態で、チューブ状部材の孔に対してアクセスすることができるようになっているような装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明をより明瞭な理解を容易とするためにまた本発明によってどのようにして利点がもたらされるかをより明瞭に示すために、以下においては、添付図面を参照しつつ例示を行う。添付図面は、本発明の好ましい実施形態に基づいて形成された各部材を示している。
【００１０】
ハイドロフォーミング用のプレスやダイは、当該技術分野においては周知であるので、ここでは、そのようなプレスやダイについては、簡単に説明するに留める。図１においては、従来技術によるハイドロフォーミング装置は、符号（１０）によって示されている。この装置（１０）は、一対をなすダイ半体（１２）と、所望形状の成型用キャビティ（１４）と、を備えている。ダイ半体（１２）どうしは、チューブ状ブランク（図示せず）を、内部チャンバ（１８）を有したチューブ状部材（１６）へと成形するための、内部キャビティ（１４）を形成するように、協働する。図示していないものの、プロセス時にチューブ状ブランクを加圧するための手段も、設けられている。
【００１１】
図２には、本発明によるハイドロフォーミング装置が、全体的に符号（２０）によって示されている。このハイドロフォーミング装置（２０）は、第１ダイ半体（２２）と第２ダイ半体（２４）とを備えている。これらダイ半体（２２，２４）は、内表面（２７）を有した内部キャビティ（２６）を形成するように、協働する。装置（２０）は、さらに、キャビティ（２６）を横断して軸合わせされた形態で（一直線状をなすように位置合わせされた形態で）互いに配置された第１通路（２８）および第２通路（３０）を備えている。第２通路（３０）とキャビティ（２６）との交差箇所には、中央孔を有したダイボタン（３２）が配置されている。穿孔装置（３４）は、油圧式または水圧式または空気圧式のシリンダ（３６）を備えている。シリンダ（３６）は、通路（２８，３０）内において、例えばパンチ（３８）といったような孔形成装置を、制御しつつ往復駆動させることができる。パンチ（３８）（図２においては、『退避』状態として示されている）は、後述するように内部チャンバ（４１）を有しているとともにキャビティ（２６）内に保持されているチューブまたはチューブ状部材（４０）において、１つまたは複数の孔を形成することができる。図示していないものの、チューブ状部材（４０）を形成するための原材料をなすチューブ状ブランク（図示せず）をシールしかつ制御しつつ加圧するための手段も、設けられている。パンチ（３８）は、カッティング尖端（４２）と、第１シャンク（４４）と、肩部（４６）と、を有している。当業者であれば理解されるように、カッティング尖端（４２）とダイボタン（３２）とは、チューブ状部材（４０）に対して所望形態の孔を形成し得るようにして互いに協働し得るようなサイズとされている。
【００１２】
キャビティ（２６）内に保持されたチューブ状部材（４０）内に挿入し得るよう、装置に対して複数の物品（５０）を供給するためのマガジン（４８）が、設置されている。この実施形態においては、物品（５０）は、貫通形成された穴（５２）を有したカラー（５０）とされている。図３に示すように、第１シャンク（４４）は、パンチ（３８）がカラー（５０）の貫通穴（５２）内に挿入され得るようなサイズとされている。この挿入時には、肩部（４６）が、カラー（５０）によって係止される。パンチ（３８）上の肩部（４６）は、詳細に後述するようにパンチが前進駆動された際に肩部（４６）がカラー（５０）を肩部と一緒に前進駆動し最終的にはカラー（５０）をチューブ状部材（４０）内に挿入するという点において、物品のための挿入部材として機能する。
【００１３】
再度図２を参照すると、使用時には、チューブ状ブランク（図示せず）が（シールされたチューブ状ブランクの内部チャンバ内を加圧することによって）加圧され、公知技術によってハイドロフォーミングされ、これにより、チューブ状部材（４０）が形成される。典型的には、このプロセスにおいては、ダイ半体（２２，２４）を開放した状態においてチューブ状ブランク（図示せず）をキャビティ（２６）内に配置し、ダイ半体（２２，２４）を閉塞し、チューブ状ブランクを所望圧力値にまで内部加圧することによって、キャビティ（２６）の形状に倣うようにしてチューブ状ブランクを変形させ、これにより、チューブ状部材（４０）を得る。
【００１４】
図３に示すように、キャビティ（２６）内においてチューブ状部材（４０）が形成された後に、シリンダ（３６）によってパンチ（３８）を第１通路（２８）を通して前進駆動させ、パンチ（３８）をカラー（５０）の貫通穴（５２）内へと挿入し、肩部（４６）がカラー（５０）に対して係止されるようにする。そして、パンチ（３８）を第１通路（２８）を通してさらに前進駆動させる。これにより、カラー（５０）を、第１通路（２８）を通して前進駆動させる。
【００１５】
図３〜図６に示すように、パンチ（３８）が徐々に前進駆動する際には、カッティング尖端（４２）が、チューブ状部材（４０）の壁に対して当接する（図３）。その後、カッティング尖端（４２）は、チューブ状部材（４０）の壁を穿孔し、第１孔（６０）を形成する（図４）。その後、カラー（５０）は、第１孔（６０）のエッジと係合し、カラー（５０）が第１孔（６０）内へと挿入されるにつれて、それらエッジを部分的に突出させてフランジ（６２）を形成することで第１孔（６０）を押し広げる（図５）。その後、カッティング尖端（４２）は、チューブ状部材（４０）の壁に接触し、その壁に、第２孔（６４）を穿孔する（図６）。第１孔（６０）および第２孔（６４）の穿孔によって形成された一対のスラグ（６６）は、ダイボタン（３２）を通してさらには第２通路（３０）を通して、排出される。図６に示すように、パンチ（３８）は、カラー（５０）の先端エッジがチューブ状部材（４０）の壁の表面に当接するようにしてカラー（５０）が好ましくはチューブ状部材（４０）の内部チャンバ（４１）内へと完全に挿入されるまで、前進駆動される。その後、パンチ（３８）が、退避状態（図２）へと引き戻され、ダイが開放されて、部材が取り出される。
【００１６】
図７に示すように、上述のようにして本発明により形成された部材（７０）は、チューブ状部材（４０）と、このチューブ状部材の内部に挿入されたカラー（５０）と、を備えている。孔（６０，６４）は、カラー（５０）の貫通穴（５２）と協働することによって、部材を貫通する完全な貫通穴（７２）をもたらす。当業者であれば理解されるように、フランジ（６２）は、部材内における押圧係合により、カラー（５０）を保持する傾向がある。部材（７０）は、この状態で、さらなるアセンブリにおける一部品として使用することができる。あるいは、より好ましくは、カラー（５０）と少なくとも１つの面との間において溶接（７４）を行うことによって補強される（図７）。その後、部材（７０）は、例えばボルト・ナットといったような固定手段（７８）を使用することにより、他のワークピース（７６）に対して固定することができる（図９参照）。
【００１７】
本発明は、ほとんどすべての種類の構造部材を形成するに際して、使用することができる。図１０においては、自動車用サブフレームアセンブリの一部が、符号（８０）によって示されている。このサブフレームアセンブリ（８０）は、チューブ状部材（４０）を備えており、チューブ状部材（４０）は、自動車ボディ（図示せず）に対してサブフレームアセンブリ（８０）を取付可能とするための複数のカラー（５０）を有している。複数のカラー（５０）は、本発明に基づき、複数の箇所において、サブフレームアセンブリ（８０）内に挿入されている。好ましくは、装置（２０）には、複数のパンチ装置（３４）が設けられ、これらパンチ装置は、サブフレーム（８０）において複数のカラー（５０）を配置することを要求された各箇所に対応する。そのようなすべてのパンチ装置は、同時に駆動させることが望ましい。それは、部材に第１穿孔が行われた時点で、チューブ内の内部圧力が解放され得るからである。
【００１８】
上記説明は、好ましい実施形態に関するものであるけれども、特許請求範囲を逸脱することなく、本発明に対して修正や変形を行い得ることは、理解されるであろう。
【００１９】
例えば、装置（２０）は、図１１に示すようにカラー（５０）を第１孔（６０）および第２孔（６４）を貫通させて完全に挿入するように、変形することができる。図１２に示すように、パンチ（３８）およびダイボタン（３２）は、無フランジタイプの第１および第２孔（６０，６４）を形成するように、変形することができる。この実施形態においては、カラー（５０）の先端エッジ（８２）が、孔（６０，６４）の形成に際して、実質的にカッティング尖端（４２）のように機能することは、理解されるであろう。（図１２においては、カラー（５０）は、仮想線によって、穿孔前かつ挿入前の状態が示されており、実線によって、完全に挿入された状態が示されている。）図１３においては、１つの孔（６０）だけが形成されており、例えばネジ山付きナットといったような他の物品が挿入されている。例えば穿孔ナットやブッシングといったような他の物品を挿入することもできる。さらに他の物品を挿入することもでき、そのような物品は、全体的に円筒形であることが好ましいものの、必ずしもその必要はない。
【００２０】
孔（６０，６４）がパンチによって形成される必要がないこと、および、孔（６０，６４）を、例えばドリルやレーザーカットや他の公知手段といったような他の適切な手段によって形成可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。
【００２１】
本発明は、他の任意の公知のハイドロフォーミング技術と併用して使用することができ、低圧ハイドロフォーミングや高圧ハイドロフォーミングに対しても同等に併用して使用することができる。本発明においては、チューブ状部材（４０）をハイドロフォーミングするための特定の手段は、重要ではなく、また、チューブ状部材は、キャビティ内において形成される必要な全くなく、初期形状を維持することもできる。また、非円筒形とされたブランクを使用することもできる。
【００２２】
物品の挿入を、チューブ（４０）への孔形成と関連づけて行うことが好ましいけれども、物品の挿入は、そうする必要はなく、他の手段によって行うこともできる。例えば、第２通路（３０）内に、チューブ（４０）の１つまたは複数の孔（６０，６４）内へと物品を挿入するための手段（図示せず）を、設けることができる。
【００２３】
当業者には、さらに他の変形も自明であろう。それらすべての変形は、特許請求の範囲内に属するものである。特許請求の範囲において、ブランクの内部チャンバを加圧するステップは、ダイキャビティ内にブランクを拘束するステップの前においてもまた後においても行うことができることは、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるハイドロフォーミングダイセットを示す側断面図である。
【図２】本発明による装置を示す側断面図である。
【図３】図２の装置を示す側断面図であって、装置の動作に関する様々なステージを示している。
【図４】図２の装置を示す側断面図であって、装置の動作に関する様々なステージを示している。
【図５】図２の装置を示す側断面図であって、装置の動作に関する様々なステージを示している。
【図６】図２の装置を示す側断面図であって、装置の動作に関する様々なステージを示している。
【図７】本発明に基づいて形成された部材を示す側断面図である。
【図８】本発明に基づいて形成された部材を示す側断面図である。
【図９】本発明に基づいて形成された部材を示す側断面図である。
【図１０】本発明に基づいて形成された自動車サブフレームを示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の代替可能な実施形態に基づいて形成された部材を拡大して示す側断面図である。
【図１２】本発明の代替可能な実施形態に基づいて形成された部材を拡大して示す側断面図である。
【図１３】本発明の代替可能な実施形態に基づいて形成された部材を拡大して示す側断面図である。
【符号の説明】
２２　第１ダイ半体（ダイ）
２４　第２ダイ半体（ダイ）
２６　内部キャビティ（キャビティ）
２７　内表面
２８　第１通路（通路）
３６　シリンダ
３８　パンチ（孔形成部材）
４０　チューブ状部材、チューブ
４１　内部チャンバ
４６　肩部（物品挿入部材）
５０　カラー（物品）
５２　貫通穴
６０　第１孔（孔）
６４　第２孔（孔）
【国際公開パンフレット】
2004511352.tif 000003
2004511352.tif 000004
2004511352.tif 000005
2004511352.tif 000006
2004511352.tif 000007
2004511352.tif 000008
2004511352.tif 000009
2004511352.tif 000010
2004511352.tif 000011
2004511352.tif 000012
2004511352.tif 000013
2004511352.tif 000014
2004511352.tif 000015
2004511352.tif 000016
2004511352.tif 000017
2004511352.tif 000018
2004511352.tif 000019
2004511352.tif 000020
【国際調査報告】
2004511352.tif 000021
2004511352.tif 000022
2004511352.tif 000023