(57)【要約】  金属材料の座屈や変形を低減する。  金属材料Ｐを金型１３により成形する膨張成形装置１０であって、金属材料に当接して通電加熱を行う電極２１，２２と、加熱時に電極を金属材料の延出方向に沿って移動させる下側電極移動用アクチュエータ３２２を有する電極搭載ユニット３０を備えている。  そして、成形時には、電極移動用アクチュエータによって電極２１，２２を金属材料の延出方向に沿って移動させる。
2020071227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を金型により成形する膨張成形装置であって、
前記金属材料に当接して通電加熱を行う電極と、
加熱時に前記電極を前記金属材料の延出方向に沿って移動させる電極移動用アクチュエータを有する電極搭載ユニットを備える膨張成形装置。
【請求項２】
前記電極搭載ユニットによる前記電極の移動方向を、前記金型に配置された前記金属材料の延出方向に沿うように調整する電極調整部を備える請求項１に記載の膨張成形装置。
【請求項３】
前記金属材料の温度を検出する温度検出部と、
前記通電加熱時に、前記温度検出部により検出された温度に応じて、前記電極移動用アクチュエータによる前記電極の位置制御を行う電極位置制御部とを備える請求項１又は２に記載の膨張成形装置。
【請求項４】
前記通電加熱時に、前記電極移動用アクチュエータにより前記金属材料に対して張力を与えながら前記電極の位置制御を行う電極位置制御部を備える請求項１又は２に記載の膨張成形装置。
【請求項５】
一対の前記電極を備え、一方の電極を他方の電極に対して前記金属材料の延出方向に沿って移動させる片側電極移動用アクチュエータを有する請求項１から４のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【請求項６】
前記電極を昇降させる電極昇降用アクチュエータを備える請求項１から５のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【請求項７】
前記金属材料の内部に圧縮気体を供給するノズルを備え、
前記ノズルを前記金属材料の延出方向に沿って移動させるノズル移動用アクチュエータを有するノズル搭載ユニットを備える請求項１から６のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【請求項８】
前記ノズル搭載ユニットによる前記ノズルの移動方向を、前記金型に配置された前記金属材料の延出方向に沿うように調整するノズル調整部を備える請求項７に記載の膨張成形装置。
【請求項９】
前金属材料の温度を検出する温度検出部と、
前記ノズルからの圧縮気体の供給時に、前記温度検出部により検出された温度に応じて、前記ノズル移動用アクチュエータによる前記ノズルの位置制御を行うノズル位置制御部とを備える請求項７又は８に記載の膨張成形装置。
【請求項１０】
前記ノズルからの圧縮気体の供給時に、前記ノズル移動用アクチュエータにより前記金属材料に対して、予め定めた上限値を超えない範囲で押圧力を与えながら前記ノズルの位置制御を行うノズル位置制御部を備える請求項７又は８に記載の膨張成形装置。
【請求項１１】
前記ノズル移動用アクチュエータは、前記ノズルを前記金属材料に向けて保持するピストンと、当該ピストンを進退移動させるシリンダとを有し、
前記ノズルの圧縮気体の流路が前記ピストンから前記シリンダの前記金属材料側とは逆側の端部まで貫通して形成されている請求項７から１０のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【請求項１２】
前記ノズルを昇降させるノズル昇降用アクチュエータを備えることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【請求項１３】
前記電極による通電加熱の開始から前記ノズルによる圧縮気体の供給開始までの間に、前記電極による前記金属材料の当接位置を通電加熱の開始時の位置よりも前記金型側寄りの位置に変更する再当接動作制御部を備える請求項７から１２のいずれか一項に記載の膨張成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属パイプ材料の長手方向の両端に電極を装着し、通電によるジュール加熱により金属パイプ材料を昇温し、金属パイプ材料内に高圧エアーを供給して成形を行う膨張成型装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−００２５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、金属パイプ材料を通電によるジュール加熱により昇温させると、熱膨張により金属パイプ材料はその長手方向に延びが生じる。その場合、金属パイプ材料の両端部が電極により拘束されていると、金属パイプ材料の長手方向に応力が生じて変形し、さらには、座屈を生じ、成形不良となるおそれがあった。【０００５】
本発明は、適正な金属材料の膨張成形を行うことをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る膨張成形装置は、
金属材料を金型により成形する膨張成形装置であって、
前記金属材料に当接して通電加熱を行う電極と、
加熱時に前記電極を前記金属材料の延出方向に沿って移動させる電極移動用アクチュエータを有する電極搭載ユニット、を備える構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属材料が通電加熱の熱膨張によりその長手方向に延びが生じた場合でも、電極が電極移動用アクチュエータによって金属材料の延出方向に沿って移動可能であることから、金属材料の変形、座屈を効果的に回避し、良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る膨張成形装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の膨張成形装置のパイプ保持機構の正面図である。
【図３】パイプ保持機構の左側面図である。
【図４】パイプ保持機構に設けられた電極搭載ユニットの部分拡大図である。
【図５】膨張成形装置の動作説明図である。
【図６】図５に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【図７】図６に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【図８】図７に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【図９】図８に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【図１０】図９に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【図１１】図１０に続く膨張成形装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態は、ブロー成形によって金属材料としての金属パイプを成形する膨張成形装置１０を例示する。図１は膨張成形装置１０を示す概略構成図である。
【００１０】
［膨張成形装置の概要］
この膨張成形装置１０は、水平面上に設置される。そして、膨張成形装置１０が設置される水平面に対して鉛直上方を「上」、鉛直下方を「下」とし、当該水平面に平行な一方向の片側（図１の紙面左側）を「左」、逆側（図１の紙面右側）を「右」とする。また、図１の紙面に垂直であって手前側を「前」、奥側を「後」とする。
【００１１】
上記膨張成形装置１０は、互いに対となる下型１１及び上型１２からなるブロー成形金型１３と、上型１２を移動させる上型駆動機構８０と、下型１１及び上型１２を挟んで左右両側で金属パイプ材料Ｐの右端部と左端部とをそれぞれ保持する一対のパイプ保持機構２０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構１４と、上記各構成を制御する制御装置１００と、装置のほぼ全体構成を上面で支持する基台１５とを備えている。
なお、膨張成形装置１０は、基台１５の上面が水平となるように設置される。
【００１２】
下型１１は、鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に成形形状に応じた凹部１１１を備え、内部には冷却水通路１１２が形成されている。
上型１２は、鋼鉄製ブロックで構成され、その下面に成形形状に応じた凹部１２１を備え、内部には冷却水通路１２２が形成されている。
冷却水通路１１２，１２２には水循環機構１４が接続され、ポンプにより冷却水が供給される。
【００１３】
下型１１と上型１２は、互い密接した状態で、各々の凹部１１１と凹部１２１とが金属パイプ材料Ｐを成形すべき目標形状の空間を形成する。
この目標形状は、左右方向に平行な直線的な形状に対して、途中で湾曲又は屈曲して左右の両端部が、下方に傾斜した向きとなる形状である。金属パイプ材料Ｐは、この目標形状と同じように屈曲又は湾曲しているが、目標形状よりも全長に渡って外径が小さくなっており、膨張成形の過程で目標形状に成形される。
従って、金属パイプ材料Ｐは、その両端部が、下型１１及び上型１２による目標形状と同じ向きとなるように一対のパイプ保持機構２０に保持される。
具体的には、金属パイプ材料Ｐの右端部は、右方向に対して幾分下方に傾斜した右斜め下方向に向けられて右側のパイプ保持機構２０に保持される。また、金属パイプ材料Ｐの左端部は、左方向に対して幾分下方に傾斜した左斜め下方向に向けられて左側のパイプ保持機構２０に保持される。
【００１４】
下型１１の下側には、下方に向かって順番に積層された下ダイホルダ９７、下ダイベースプレート９８及びスライド９２が設けられている。
【００１５】
上型駆動機構８０は、上型１２の上側から上方に向かって順番に積層された第１の上ダイホルダ８６、第２の上ダイホルダ８７及び上ダイベースプレート８８を備えている。
さらに、上型駆動機構８０は、上型１２及び下型１１同士が合わさるように上型１２を移動させるスライド８２と、上記スライド８２を上側へ引き上げる力を発生させるアクチュエータとしての引き戻しシリンダ８５と、スライド８２を下降加圧する駆動源としてのメインシリンダ８４と、メインシリンダ８４に圧油を供給する油圧ポンプ８１と、油圧ポンプ８１に対する流体量を制御するサーボモータ８３と、引き戻しシリンダ８５に圧油を供給する図示しない油圧ポンプ及びその駆動源となる図示しないモータとを備えている。
上記スライド８２には、上下方向の位置及び移動速度を検出するためのリニアセンサ等の位置センサ、上型１２の荷重を検出するロードセルなどの荷重センサが装備されている。
【００１６】
なお、上型駆動機構８０の位置センサや荷重センサは必須ではなく省略することが可能である。
また、また、上型駆動機構８０で油圧を利用する場合には、荷重センサに替えて油圧を測定する測定装置を利用することができる。
【００１７】
制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、制御プログラム及び制御データを格納した記憶装置と、ＣＰＵがデータを展開するメモリとを備える。制御装置１００では、ＣＰＵが記憶装置の制御プログラムを実行することで、膨張成形装置１０による成形動作制御が実行される。
また、膨張成形装置１０は、金属パイプ材料Ｐの温度を測定するための放射温度計１０２を備えている。ただし、放射温度計は温度検出部の一例を示したに過ぎず、熱電対のような接触型温度センサを設けてもよい。
【００１８】
［パイプ保持機構：概略構成］
パイプ保持機構２０は、基台１５上において、ブロー成形金型１３（以下、単に金型１３という）の左右両側に一基ずつ配置されている。
右側のパイプ保持機構２０は、金型１３により向きが定められている金属パイプ材料Ｐの右斜め下方向に向けられた一端部の保持を行い、左側のパイプ保持機構２０は、金型１３により向きが定められている金属パイプ材料Ｐの左斜め下方向に向けられた他端部の保持を行う。
右側のパイプ保持機構２０と左側のパイプ保持機構２０は、各々の構成が、保持を行う金属パイプ材料Ｐの端部の傾斜に応じた向きに角度が調整されて基台１５上に固定されている点を除けば、同一構造であることから、以下の説明は、主に右側のパイプ保持機構２０について行う。
【００１９】
図２は右側のパイプ保持機構２０の正面図、図３は左側面図、図４は後述する電極搭載ユニット３０の部分拡大図である。なお、右側のパイプ保持機構２０は、前述したように、保持する金属パイプ材料Ｐの右端部の傾斜角度に応じて、その全体構成が傾斜した状態で基台１５の上面に設置されるが、図２〜図４では、説明の容易化、明確化のために、パイプ保持機構２０の全体構成が傾斜を生じていない状態、つまり、左右方向に平行な金属パイプ材料Ｐの右端部を保持する向きで図示している。
【００２０】
パイプ保持機構２０は、金属パイプ材料Ｐの右端部を把持する一対の電極である下側電極２１及び上側電極２２と、金属パイプ材料Ｐの右端部から内部に圧縮気体を供給するノズル２３と、下側電極２１及び上側電極２２を支持する電極搭載ユニット３０と、ノズル２３を支持するノズル搭載ユニット４０と、下側電極２１及び上側電極２２とノズル２３とを昇降させる昇降機構５０と、これら全体の構成を支持するユニットベース２４とを備えている。
【００２１】
［パイプ保持機構：ユニットベース］
ユニットベース２４は、昇降機構５０を介して電極搭載ユニット３０及びノズル搭載ユニット４０を上面に支持する平面視で矩形の板状ブロックである。
ユニットベース２４は、水平面である基台１５の上面にボルト等の固定手段により取り付けられ、取り外しが可能となっている。
パイプ保持機構２０は、上面の傾斜角度が異なる複数のユニットベース２４を有し、これらを交換することにより、下側電極２１及び上側電極２２、ノズル２３、電極搭載ユニット３０、ノズル搭載ユニット４０、昇降機構５０の傾斜角度を一括的に変更調節することを可能としている。
【００２２】
そして、これにより、ユニットベース２４は、ブロー成形金型１３によって向きが規定される金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部の延出方向に沿って、電極搭載ユニット３０が下側電極２１及び上側電極２２を移動させることができるように調整する。
なお、「端部の延出方向」とは、金属パイプ材料Ｐの片側の端部における中心線を直線的に延長した方向、或いは、金属パイプ材料Ｐの片側の端部が向いている方向に沿ったベクトル方向をいう。
また、同様に、ユニットベース２４は、ブロー成形金型１３によって向きが規定される金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部の延出方向に沿って、ノズル搭載ユニット４０がノズル２３を移動させることができるように調整する。
つまり、ユニットベース２４は、電極調整部及びノズル調整部として機能する。
【００２３】
前述したように、ブロー成形金型１３によって規定される金属パイプ材料Ｐの右端部の中心線の延出方向が右斜め下方向（前後方向の傾斜はなし）の場合には、ユニットベース２４の上面は、水平面に対して前後方向に沿った軸回りに右側が下がる方向に傾斜した傾斜平面であり、その傾斜角度は金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向の傾斜角度と一致する。
【００２４】
［パイプ保持機構：昇降機構］
昇降機構５０は、ユニットベース２４の上面に取り付けられる前後一対の昇降フレームベース５１，５２と、これらの昇降フレームベース５１，５２によってユニットベース２４の上面に対する垂直方向に沿って昇降可能に支持された電極搭載ユニット３０の昇降フレーム３１に対して昇降動作を付与する昇降用アクチュエータ５３とを備えている。
【００２５】
昇降フレームベース５１，５２は、ユニットベース２４の上面に対して、ボルト等の締結手段により着脱可能に取り付けられている。
そして、前側の昇降フレームベース５１と後側の昇降フレームベース５２は、図３に示すように、上下方向及び左右方向に平行な平面を対称面とする互いに面対称な立体形状である。これらの昇降フレームベース５１，５２は、枠状をなし、これらの間で昇降フレーム３１をユニットベース２４の上面に対する垂直方向に沿って昇降可能に支持している。
また、昇降フレームベース５１，５２は、いずれも、左側と右側とに、板状のライナー５４，５５を、前側と後側とに、板状のライナー５６を備えている。これらのライナー５４，５５は、昇降フレーム３１の前側部分と後側部分とに対して、ユニットベース２４の上面垂直方向に沿った昇降動作を安定的にガイドする。また、ライナー５６は、左右方向に対する動作を安定的にガイドする。
【００２６】
また、昇降用アクチュエータ５３は、ユニットベース２４の上面垂直方向に沿った往復動作を昇降フレーム３１に付与する直動式のアクチュエータであり、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。
【００２７】
［パイプ保持機構：電極］
下側電極２１と上側電極２２は、いずれも絶縁板で板状導体を挟んだ矩形の平板状電極である。
下側の電極２１の中央上端部と上側電極２２の中央下端部とには、それぞれ、平板面を垂直に貫通するように半円状の切り欠きが形成されている。そして、下側電極２１と上側電極２２とを同一平面上に配置して、下側電極２１の上端部と上側電極２２の下端部とを密接させると、相互の半円状の切り仮が合致して円形の貫通孔となる。この円形の貫通孔は、金属パイプ材料Ｐの端部の外径と略一致しており、金属パイプ材料Ｐへの通電の際には、その端部を円形の貫通孔に嵌合させた状態で下側電極２１と上側電極２２とにより把持される。
【００２８】
また、下側電極２１は、制御装置１００によって制御される電源１０１に電気的に接続されている。上側電極２２は、下側電極２１を介して金属パイプ材料Ｐへの通電が行われる。電源１０１は、制御装置１００により制御され、左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１に通電を行い、金属パイプ材料Ｐをジュール加熱により急速に加熱することができる。
【００２９】
なお、金属パイプ材料Ｐの端部の外形は、円形に限られない。従って、下側電極２１と上側電極２２のそれぞれの切り欠きは、それぞれ、金属パイプ材料Ｐの端部の外形を半割した形状とされる。
【００３０】
［パイプ保持機構：電極搭載ユニット］
電極搭載ユニット３０は、下側電極２１と上側電極２２の平板面が前述した金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向に対して垂直となる向きを維持してこれらを支持している。例えば、図２のように、ユニットベース２４の上面が水平である場合には、電極搭載ユニット３０は、下側電極２１と上側電極２２の平板面が上下方向及び前後方向に平行となる向きで支持する。
【００３１】
電極搭載ユニット３０は、図２〜図４に示すように、前述した昇降機構５０によってユニットベース２４の上面に対して垂直な方向に沿って昇降動作が付与される昇降フレーム３１と、昇降フレーム３１の左端部において下側電極２１を保持する下側電極フレーム３２と、下側電極フレーム３２の上側に設けられ、上側電極２２を保持する上側電極フレーム３３とを備えている。
【００３２】
下側電極フレーム３２は、下側電極２１の上端部を除いた外周を保持する枠体である。この下側電極フレーム３２は、前後に設けられた二つのリニアガイド３２１を介して、平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向に沿って移動可能となるように昇降フレーム３１の左端部に支持されている。
また、下側電極フレーム３２には、各リニアガイド３２１による移動方向に沿って移動動作を付与する下側電極移動用アクチュエータ３２２が併設されている。この下側電極移動用アクチュエータ３２２は、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。
なお、下側電極フレーム３２には、各リニアガイド３２１による移動方向における位置を検出するリニアセンサ等の位置センサが併設されている。
下側電極２１は、これらの構成により、金属パイプ材料Ｐの右端部の延出方向に沿って往復移動を行うことができる。
【００３３】
下側電極フレーム３２の前端部及び後端部の上面には、リニアガイド３４１を介して、平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向に沿って移動可能なスライドブロック３４が個別に設けられている。
また、スライドブロック３４には、各リニアガイド３４１による移動方向に沿って移動動作を付与する片側電極移動用アクチュエータとしての上側電極移動用アクチュエータ３４２が併設されている。この上側電極移動用アクチュエータ３４２は、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。
なお、スライドブロック３４には、各リニアガイド３４１による移動方向における位置を検出するリニアセンサ等の位置センサが併設されている。
【００３４】
上側電極フレーム３３は、上側電極２２の下端部を除いた外周を保持する枠体である。この上側電極フレーム３３は、各スライドブロック３４の上部に前後に設けられた二つずつのリニアガイド３３１を介して、ユニットベース２４の上面に垂直な方向に沿って移動可能となるように、各スライドブロック３４に支持されている。
また、上側電極フレーム３３と各スライドブロック３４との間には、上側電極浮上用バネ３３２が介挿されており、上側電極フレーム３３は、各スライドブロック３４に対して、常に上方に押圧されている。
【００３５】
上側電極フレーム３３は、各スライドブロック３４に対してユニットベース２４の上面に垂直な方向（上下方向）に移動可能である。そして、各スライドブロック３４は下側電極フレーム３２に対して平面視で左右方向に平行且つユニットベース２４の上面に平行な方向（左右方向）に移動可能である。
このため、上側電極フレーム３３は、下側電極フレーム３２に対して、昇降可能且つ金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿って移動可能となっている。
【００３６】
そして、下側電極フレーム３２には、上側電極フレーム３３をユニットベース２４の上面に垂直な方向に沿って昇降させるクランプ用アクチュエータ３３３が前後に一つずつ設けられている。各クランプ用アクチュエータ３３３は、例えば、油圧シリンダ等を使用することが出来る。
なお、各クランプ用アクチュエータ３３３のプランジャの先端部は、上側電極フレーム３３に対して、金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿って移動可能に連結されている。従って、下側電極フレーム３２に対する上側電極フレーム３３の金属パイプ材料Ｐの端部延出方向（左右方向）に沿った移動動作は妨げない。
【００３７】
［パイプ保持機構：ノズル］
ノズル２３は、金属パイプ材料Ｐの端部を挿入可能な円筒である。ノズル２３の中心線は、金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に平行となるようにノズル搭載ユニット４０に支持されている。
金属パイプ材料Ｐ側のノズル２３の端部の内径は、膨張成形後の金属パイプ材料Ｐの外径に略一致している。
なお、ノズル２３には、金属パイプ材料Ｐの当接の押圧力を検出する押圧力センサが併設されている。
【００３８】
［パイプ保持機構：ノズル搭載ユニット］
ノズル搭載ユニット４０は、電極搭載ユニット３０の昇降フレーム３１の右端部に搭載されている。従って、昇降機構５０による昇降動作が行われた場合には、ノズル搭載ユニット４０は電極搭載ユニット３０と一体的に昇降する。
ノズル搭載ユニット４０は、電極搭載ユニット３０の下側電極２１と上側電極２２とが金属パイプ材料Ｐの端部を把持した状態において、当該金属パイプ材料Ｐの端部とノズル２３とが同心となる位置にノズル２３を支持している。
例えば、図２のように、ユニットベース２４の上面が水平である場合には、ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３の中心線が左右方向に平行となる向きで支持する。
【００３９】
ノズル搭載ユニット４０は、図２に示すように、ノズル２３を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿って移動させるノズル移動用アクチュエータとして、油圧シリンダ機構を有している。この油圧シリンダ機構は、ノズル２３を保持するピストン４１と、ピストン４１に進退移動を付与するシリンダ４２とを備えている。
シリンダ４２は、ピストン４１を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に平行に進退移動させる向きで昇降フレーム３１の右端部に固定的に搭載されている。このシリンダ４２は、油圧回路４３（図１）に接続され、内部に作動流体である圧油の供給と排出が行われる。
油圧回路４３は、制御装置１００によってシリンダ４２への圧油の供給と排出が制御される。
なお、油圧回路４３は、左側のパイプ保持機構２０にも接続されているが、図１では接続を示す経路の図示は省略している。
【００４０】
ピストン４１は、シリンダ４２内に格納された本体部４１１と、シリンダ４２の左端部（電極２１，２２側）から外部に突出する頭部４１２と、シリンダ４２の右端部から外部に突出する管状部４１３とを備えている。
本体部４１１と頭部４１２と管状部４１３とは、いずれも円筒状であって、同心で一体的に形成されている。
本体部４１１は、外径がシリンダ４２の内径に略一致している。そして、シリンダ４２内では、本体部４１１の両側に油圧が供給されて、ピストン４１の進退移動が行われる。
【００４１】
頭部４１２は、本体部４１１よりも小径であって、当該頭部４１２の左側（電極２１，２２側）の先端部にはノズル２３が同心で固定装備されている。
管状部４１３は、本体部４１１及び頭部４１２よりも小径な円管である。この管状部４１３は、シリンダ４２の右端部を貫通してシリンダ４２の外側に突出している。
【００４２】
ピストン４１は、頭部４１２から本体部４１１を通じて管状部４１３の先端まで、全長に渡って中心を貫通する圧縮気体の流路４１４が形成されている。そして、管状部４１３の先端部（右端部）は、ノズル２３への圧縮気体の供給と排出を行う空圧回路４４（図１）に接続されている。
なお、空圧回路４４は、左側のパイプ保持機構２０にも接続されているが、図１では接続を示す経路の図示は省略している。
また、頭部４１２の先端部に装備されたノズル２３は、圧縮気体の流路４１４に連通している。
つまり、ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３に対して、ピストン４１を通じて、ノズル２３とは反対側から圧縮気体の供給を行うことができる構造となっている。
なお、ピストン４１内の流路４１４を設けず、ノズル２３に直接的に圧縮気体の供給を行う構成としても良い。
【００４３】
［膨張成形装置の成形動作］
上記構成からなる膨張成形装置１０の膨張成形の動作について、図５〜図１１の動作説明図に基づいて説明する。
以下に説明する成形動作は、制御装置１００の動作制御に基づいて行われる。そして、制御装置１００は、動作制御に関する処理プログラムと各種の情報を記憶する記憶部と、処理プログラムに基づいて動作制御を実行する処理装置とを備えている。
【００４４】
まず、最初に、金型１３によって定まる目標形状による金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に対応する方向に上面が傾斜したユニットベース２４が選択され、各パイプ保持機構２０に装着される。そして、各パイプ保持機構２０は、基台１５の上面に固定される。
【００４５】
そして、制御装置１００は、図５に示すように、左右のパイプ保持機構２０の下側電極移動用アクチュエータ３２２を制御して、下側電極２１が下型１１に当接する位置まで進出移動させる。
また、制御装置１００は、左右のパイプ保持機構２０の上側電極移動用アクチュエータ３４２を制御して、上側電極２２を下側電極２１に対して、金属パイプ材料Ｐの端部から離間した位置に退避移動させる。
このように配置された左右の下側電極２１に対して、金属パイプ材料Ｐが半円状の切り欠きに嵌まるように載置される。また、上側電極２２は、退避しているので、金属パイプ材料Ｐの載置作業の妨げとはならない。
なお、下側電極２１に載置された金属パイプ材料Ｐは、下型１１よりも幾分上方に位置しており、下型１１には接触していない。
【００４６】
次いで、制御装置１００は、図６に示すように、上側電極移動用アクチュエータ３４２を制御して、上側電極２２を下側電極２１の上方の把持位置に移動させる。上側電極２２の把持位置とは、上側電極２２を下側電極２１側に下降させることで、これらにより金属パイプ材料Ｐの端部を把持することが可能な位置である。
【００４７】
次いで、制御装置１００は、図７に示すように、クランプ用アクチュエータ３３３を制御して、上側電極２２を下側電極２１に向かって下降させる。これにより、金属パイプ材料Ｐの端部が上側電極２２の半円状の切り欠きに嵌まり、下側電極２１と上側電極２２とにより把持される。
【００４８】
金属パイプ材料Ｐの両端部が左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１及び上側電極２２により個別に把持された状態で、制御装置１００は、電源１０１を制御してそれぞれの下側電極２１に通電を行う。これにより、金属パイプ材料Ｐはジュール加熱が行われる。
このとき、制御装置１００は、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの温度を監視し、規定の目標温度の範囲で規定時間の加熱を行う。
【００４９】
ジュール加熱により、金属パイプ材料Ｐは熱膨張を生じ、その端部はその延出方向に向かって延びが生じる。
制御装置１００は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関をデータとして記憶しており、この相関データを参照して、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの検出温度に基づいて金属パイプ材料Ｐの熱延び量を取得する。
さらに、制御装置１００は、取得した熱延び量から下側電極移動用アクチュエータ３２２を制御して、各パイプ保持機構２０の下側電極２１及び上側電極２２を金属パイプ材料Ｐに応力を加えない位置又は応力が十分に低減される位置に移動させる。
この電極位置制御を行うことにより、制御装置１００は、電極位置制御部として機能する。
なお、この電極位置制御は、左右のパイプ保持機構２０の下側電極２１に通電が行われている間は、周期的に繰り返し実行される。
【００５０】
なお、電極位置制御は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関データを使用せずに、下側電極２１及び上側電極２２が金属パイプ材料Ｐの端部に対してその延出方向に向かって伸長する方向に金属パイプ材料Ｐに変形を与えない程度の弱い張力を付与しながら移動する制御を行っても良い。
その場合、下側電極移動用アクチュエータ３２２が例えば油圧シリンダの場合には、油圧を前述した低圧力にして延出方向に向かって伸長する方向に下側電極２１及び上側電極２２を移動させても良い。
【００５１】
金属パイプ材料Ｐに対する通電が終わると、下側電極２１は、図８に示すように、電極位置制御により、下型１１から離間を生じて隙間Ｓ１が発生する。
このため、制御装置１００は、図９に示すように、クランプ用アクチュエータ３３３を制御して、上側電極２２を上昇させ、さらに、下側電極移動用アクチュエータ３２２を制御して、下側電極２１及び上側電極２２を金型１３側に寄せて、下側電極２１を下型１１に当接させる。そして、上側電極２２を下降させて再び把持する。
これにより、制御装置１００は、再把持動作制御を行う再把持動作制御部（再当接動作制御部）として機能する。
【００５２】
次いで、制御装置１００は、図１０に示すように、昇降用アクチュエータ５３を制御して、金属パイプ材料Ｐが下型１１の凹部１１１に接触又は近接する位置まで下降させる。
このとき、ユニットベース２４の上面が金属パイプ材料Ｐの延出方向に対応して水平面に対して傾斜している場合には、昇降用アクチュエータ５３による下降動作を行うと、昇降フレーム３１上の構成は全て左右方向に位置変動を生じる。例えば、右側のパイプ保持機構２０は右に移動し、左側のパイプ保持機構２０は左に移動する。
【００５３】
その結果、下側電極２１は、下型１１から離間を生じて隙間Ｓ２が発生する。
このため、制御装置１００は、クランプ用アクチュエータ３３３を制御して、上側電極２２を上昇させ、さらに、下側電極移動用アクチュエータ３２２を制御して、下側電極２１及び上側電極２２を金型１３側に当接するまで寄せるように移動させる。そして、上側電極２２を下降させて金属パイプ材料Ｐの端部を再び把持する。
つまり、制御装置１００は、もう一度、再把持動作制御を行う。
【００５４】
なお、上述のように、制御装置１００が再把持動作制御を二回行う場合を例示したが、図８に示す金属パイプ材料Ｐへの通電終了時の一回目の再把持動作制御は実行せず、昇降用アクチュエータ５３の制御により下側電極２１及び上側電極２２を下降させてから再把持動作制御を一回だけ行っても良い。
【００５５】
その後、制御装置１００は、上型駆動機構８０のサーボモータ８３を制御して、上型１２を下型１１に接する位置まで下降させる。
さらに、制御装置１００は、油圧回路４３を制御して左右のパイプ保持機構２０のノズル搭載ユニット４０を制御し、各ノズル２３を金属パイプ材料Ｐのそれぞれの端部側に向かって進出移動させる。
これにより、図１１に示すように、ノズル２３の先端部に金属パイプ材料Ｐの端部が挿入される。
そして、制御装置１００は、空圧回路４４を制御して、ノズル２３から金属パイプ材料Ｐ内に圧縮気体を供給する。これにより、ジュール加熱で硬度が低下している金属パイプ材料Ｐは内圧によって金型１３内で目標形状に成形される。
【００５６】
一方、金属パイプ材料Ｐは、上記成形中は温度が徐々に低下することで収縮が生じ、その端部が金型１３側に移動する。
制御装置１００は、前述したように、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関をデータとして記憶しているので、この相関データを参照して、放射温度計１０２による金属パイプ材料Ｐの検出温度に基づいて金属パイプ材料Ｐの収縮量を取得する。
さらに、制御装置１００は、取得した収縮量から、油圧回路４３を制御してノズル搭載ユニット４０を作動させ、ノズル２３を金型１３側に移動させる。より詳細には、金属パイプ材料Ｐの収縮量に応じて、金属パイプ材料Ｐの端部がノズル２３から抜けないように、追従移動させる。
このノズル位置制御を行うことにより、制御装置１００は、ノズル位置制御部として機能する。
なお、このノズル位置制御は、ノズル２３から金属パイプ材料Ｐ内に圧縮気体を供給している間は、周期的に繰り返し実行される。
【００５７】
なお、ノズル位置制御は、金属パイプ材料Ｐの温度と熱延び量との相関データを使用せずに、ノズル２３が金属パイプ材料Ｐの端部に対して、座屈や変形等の影響を与えない範囲で予め上限値を定め、当該上限値を超えないように押圧力を付与しながら移動する制御を行っても良い。
【００５８】
そして、一定期間、圧縮気体を供給して金属パイプ材料Ｐに膨張成形を行った後、制御装置１００は、圧縮気体の供給を停止し、下側電極２１及び上側電極２２による把持状態を解除し、上型１２を上昇させる。
さらに、制御装置１００は、各パイプ保持機構２０の上側電極移動用アクチュエータ３４２を制御し、上側電極２２を金型１３から離間する方向に退避移動させる。これにより、成形加工済みの金属パイプ材料Ｐを膨張成形装置１０から容易に取り出すことが出来る。
【００５９】
［発明の実施形態の技術的効果］
膨張成形装置１０は、一対のパイプ保持機構２０の電極搭載ユニット３０が、一対をなす下側電極２１及び上側電極２２を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿って移動させる下側電極移動用アクチュエータ３２２を有している。
このため、金属パイプ材料Ｐのジュール加熱の熱膨張による延びが生じた場合でも、下側電極移動用アクチュエータ３２２によって下側電極２１及び上側電極２２を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に移動させることができ、金属パイプ材料の変形や座屈の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００６０】
また、膨張成形装置１０は、下側電極移動用アクチュエータ３２２による下側電極２１及び上側電極２２の移動方向を、金型１３に配置された金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿うように調整するユニットベース２４を備えている。
従って、金属パイプ材料Ｐが直線的な形状ではなく、湾曲或いは屈曲して、その端部が水平ではない方向に延出されている場合や、金属パイプ材料Ｐの両端部が互いに異なる方向に延出されている場合であっても、その延出方向に沿って下側電極２１及び上側電極２２を移動させることができる。
従って、膨張成形装置１０は、湾曲或いは屈曲している金属パイプ材料Ｐに対して、変形や座屈の発生を抑制して良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【００６１】
また、膨張成形装置１０は、金属パイプ材料Ｐの温度を検出する放射温度計１０２を備え、制御装置１００が、通電加熱時に、放射温度計１０２により検出された温度に応じて、下側電極移動用アクチュエータ３２２による下側電極２１及び上側電極２２の位置制御を行う電極位置制御部としての制御を行っている。
このため、金属パイプ材料Ｐのジュール加熱の熱膨張による延びが生じた場合に、延びに対応して下側電極２１及び上側電極２２を適正な位置に移動させることができ、より効果的に金属パイプ材料の変形や座屈の発生を抑制することが可能となる。
【００６２】
また、制御装置１００は、金属パイプ材料Ｐの通電加熱時に、下側電極移動用アクチュエータ３２２により金属パイプ材料Ｐの端部に対して規定の張力を与えながら下側電極２１及び上側電極２２の位置制御を行う電極位置制御部としての制御を行うことも可能である。
この場合には、金属パイプ材料Ｐのジュール加熱の熱膨張による延びが生じた場合に、下側電極２１及び上側電極２２による延びを阻害する応力を排除することができ、より効果的に金属パイプ材料の変形や座屈の発生を抑制することが可能となる。
【００６３】
また、膨張成形装置１０は、電極搭載ユニット３０が、上側電極２２を下側電極２１に対して金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿って移動させる上側電極移動用アクチュエータ３４２を備えている。
上側電極２２を下側電極２１に対して位置をずらして配置することができ、金属パイプ材料Ｐを膨張成形装置１０に設置する場合や取り出す場合に、上側電極２２が邪魔にならず、作業の容易化を図ることが可能となる。
特に、ロボット等を用いて金属パイプ材料Ｐの膨張成形装置１０に対する設置作業を行う場合に、上側電極移動用アクチュエータ３４２を制御することで設置作業を容易に行うことができ、自動化に適した膨張成形装置を提供することが可能となる。
【００６４】
また、膨張成形装置１０は、ノズル搭載ユニット４０が、ノズル２３を金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿って移動させるノズル移動用アクチュエータとして油圧シリンダ機構を有している。
下側電極２１及び上側電極２２によるジュール加熱後に金属パイプ材料Ｐを高圧空気で膨張させる場合、膨張していた金属パイプ材料Ｐは温度低下により収縮を生じる。このような場合であっても、ノズル搭載ユニット４０の油圧シリンダ機構はノズル２３を収縮する金属パイプ材料Ｐの端部に追従移動させることができるので、ノズル２３の外れや高圧空気の漏れを抑制し、良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【００６５】
また、ノズル搭載ユニット４０の場合も、ノズル２３の移動方向を、金型１３に配置された金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に沿うようにユニットベース２４によって調整することができるので、膨張成形装置１０は、湾曲或いは屈曲している金属パイプ材料Ｐに対して、安定的に高圧空気を供給して良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【００６６】
また、膨張成形装置１０は、制御装置１００が、ノズル２３からの圧縮気体の供給時に、放射温度計１０２により検出された温度に応じて、ノズル搭載ユニット４０の油圧シリンダ機構によるノズル２３の位置制御を行うノズル位置制御部としての制御を行っている。
このため、金属パイプ材料Ｐのジュール加熱後の温度低下による収縮が生じた場合に、収縮に対応してノズル２３を適正な位置に移動させることができ、より効果的にノズル２３の外れや高圧空気の漏れを抑制し、良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【００６７】
また、制御装置１００は、ノズル２３からの圧縮気体の供給時に、ノズル搭載ユニット４０の油圧シリンダ機構により金属パイプ材料Ｐの端部に対して、予め定めた上限値を超えない範囲で押圧力を与えながら前記ノズルの位置制御を行うノズル位置制御部を行うことも可能である。
この場合には、金属パイプ材料Ｐのジュール加熱後の温度低下による収縮が生じた場合に、一定の押圧力を付与しながらノズル２３を収縮する金属パイプ材料Ｐの端部に追従移動させることができるので、より効果的にノズル２３の外れや高圧空気の漏れを抑制し、良好な膨張成形を行うことが可能となる。
【００６８】
また、ノズル搭載ユニット４０は、ノズル２３の圧縮気体の流路４１４がピストン４１からシリンダ４２の金属パイプ材料Ｐの端部側とは逆側の端部まで貫通して形成されている。
ノズル２３の周囲は、下側電極２１，上側電極２２，電極搭載ユニット３０等、金属パイプ材料Ｐに対して成形に関わる多くの構成が密集配置されており、可動するノズル２３に圧縮気体を供給するホースや配管を設置するスペースの確保が困難である。
このため、圧縮気体の流路４１４をシリンダ４２の金属パイプ材料Ｐの端部側とは逆側の端部まで貫通させることにより、各種の構成が密集した領域を避けて圧縮気体を供給するホースや配管を配置することが可能となる。また、これにより、ノズル２３の進退移動時に、ホースや配管が他の構成に干渉することを低減することができ、各部の破損を避けて安定的に膨張成形を行うことが可能となる。
【００６９】
また、膨張成形装置１０は、昇降機構５０が下側電極２１及び上側電極２２を昇降させる昇降用アクチュエータ５３を備えている。この昇降用アクチュエータ５３は、下側電極２１及び上側電極２２と共にノズル２３も昇降させる。
このため、金型１３に対する金属パイプ材料Ｐの設置作業や取り出し作業を行うことが可能となり、作業の容易化、迅速化を図ることが可能となる。
また、昇降用アクチュエータ５３により、金型１３に対する金属パイプ材料Ｐの高さ調節も行うことができ、調節作業の容易化を図ることが可能となる。
【００７０】
また、膨張成形装置１０の制御装置１００は、下側電極２１及び上側電極２２による通電加熱の開始からノズル２３による圧縮気体の供給開始までの間に、下側電極２１及び上側電極２２による金属パイプ材料Ｐの把持位置を通電加熱の開始時の位置よりも金型側寄りの位置に変更する再把持動作制御部としての制御を行う。
このため、金属パイプ材料Ｐの熱膨張により下側電極２１及び上側電極２２と金型１３との間に隙間が生じた場合でも、把持位置が金型側寄りの位置に変更されるので、隙間の発生を抑制することが可能となる。
その場合、隙間の発生時に金属パイプ材料Ｐに対して圧縮気体が供給されることによる隙間部分の膨張変形の発生を抑制することが可能となり、成形品質を高く維持することが可能となる。
【００７１】
［その他］
以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記各実施形態に限られない。各実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、スライド８２を移動させる駆動源として油圧に基づくメインシリンダ８４を備える膨張成形装置１０を例示したが、駆動源とはこれらに限定されない。
例えば、スライド８２の昇降動作を行う駆動源として、サーボモータを備え、クランク機構を介して、スライド８２に昇降動作を付与する構成としても良い。
【００７２】
また、金属材料として金属パイプ材料を例示したが、成形の対象はパイプ状ではなくとも良い。
また、膨張成形装置１０において、金型１３によって規定される金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向は、左右方向（水平方向）に対して下方に傾斜した方向である場合を例示したが、これに限定されない。例えば、金型１３によって規定される金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向は、左右方向（水平方向）に対して下方に傾斜した方向でも良いし、前後方向と左右方向と上下方向を合成した斜め方向であっても良い。いずれの場合も、ユニットベース２４の上面を対応する方向に対応する角度で傾斜させる、パイプ保持機構２０を上下方向に沿った軸回りにその向きを回動調節して基台１５に固定するユニットベース２４を使用する等により、各方向に傾斜した金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向に対応することが可能である。
【００７３】
また、金型１３によって規定される金属パイプ材料Ｐの端部の延出方向を、水平方向であって、左右方向と前後方向を合成した傾斜方向に向け保持する場合には、前述した動作説明図である図１０に示す場合のように、昇降フレーム３１の下降時における左右方向の位置変位が生じないため、昇降フレーム３１の下降時の再把持動作制御を不要とし、動作制御の簡易化を図ることができる。
【００７４】
また、パイプ保持機構２０の昇降機構５０は、電極搭載ユニット３０とノズル搭載ユニット４０とを一体的に昇降させる構成を例示したが、電極搭載ユニット３０を昇降させる電極昇降用アクチュエータとノズル搭載ユニット４０を昇降させるノズル昇降用アクチュエータとを個別に設け、これらを個別に昇降可能とする構成としても良い。
【００７５】
また、前述した電極位置制御部、ノズル位置制御部、再把持動作制御部は、いずれも、制御装置１００がプログラムを実行することにより、上記各制御部として機能する場合を例示したが、これに限定されない。
例えば、電極位置制御部、ノズル位置制御部、再把持動作制御部を個々の処理装置や個々の回路で構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る膨張成形装置は、電極で金属材料を加熱する膨張成形装置について産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００７７】
１０  膨張成形装置
１１  下型
１２  上型
１３  ブロー成形金型
１５  基台
２０  パイプ保持機構
２１  下側電極
２２  上側電極
２３  ノズル
２４  ユニットベース（電極調整部）
３０  電極搭載ユニット
４０  ノズル搭載ユニット
４１  ピストン（ノズル移動用アクチュエータ）
４２  シリンダ（ノズル移動用アクチュエータ）
５０  昇降機構
５１，５２  昇降フレームベース
５３  昇降用アクチュエータ（電極昇降用アクチュエータ、ノズル昇降用アクチュエータ）
１００  制御装置
１０２  放射温度計（温度検出部）
３２２  下側電極移動用アクチュエータ
３３３  クランプ用アクチュエータ
３４２  上側電極移動用アクチュエータ（片側電極移動用アクチュエータ）
４１３  管状部
４１４  圧縮気体の流路
Ｐ  金属パイプ材料（金属材料）
【図１】
2020071227.tif 000003
【図２】
2020071227.tif 000004
【図３】
2020071227.tif 000005
【図４】
2020071227.tif 000006
【図５】
2020071227.tif 000007
【図６】
2020071227.tif 000008
【図７】
2020071227.tif 000009
【図８】
2020071227.tif 000010
【図９】
2020071227.tif 000011
【図１０】
2020071227.tif 000012
【図１１】
2020071227.tif 000013
【国際調査報告】
2020071227.tif 000014
2020071227.tif 000015
2020071227.tif 000016
2020071227.tif 000017