JP6745090B2 - 成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、成形装置に関する。
従来、パイプ部及びフランジ部を有する金属パイプの成形を行う成形装置として、例えば特許文献1に示す成形装置が知られている。この特許文献1の成形装置は、互いに対になる上型及び下型と、上型及び下型の間に保持され加熱された金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備え、上記上型及び下型が合わさることによって、パイプ部を成形する第1のキャビティ部(メインキャビティ)、及び第1のキャビティ部に連通しフランジ部を成形する第2のキャビティ部(サブキャビティ)が構成される。そして、この成形装置では、金型同士を閉じると共に金属パイプ材料内に気体を供給し、該金属パイプ材料を膨張させることによって、上記パイプ部と上記フランジ部とを同時に成形することができる。
特開2012−000654号公報
上記成形装置における金属パイプ材料は、その両端部を上下方向から保持する電極によって通電加熱される。この電極は、上型の端部横及び下型の端部横にて上下方向に駆動可能にそれぞれ配置されており、一方の上下電極はそれぞれ電源の+電極に接続されると共に他方の上下電極はそれぞれ電源の−電極に接続されている。この場合、電極と電源とを接続するブスバーは、金属パイプ材料の成形に伴う金型及び電極の上下動に追従するので、成形装置において各ブスバーが移動可能な領域を確保する必要があり、該成形装置が大型化する傾向にある。
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、小型化が可能な成形装置を提供することを目的とする。
本発明による、金属パイプ材料を互いに対となる金型である上型及び下型の間で加熱膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟み、金属パイプ材料を加熱するための上側電極及び下側電極と、上側電極又は下側電極のいずれか一方のみに接続され、電源からの電力を供給するためのブスバーと、を備えることを特徴としている。
このような成形装置によれば、ブスバーは、上側電極又は下側電極のいずれか一方のみに接続されている。これにより、上側電極又は下側電極の他方に接続されるべきブスバーは不要とされ、ブスバー全体の占める領域が小さくなるので、成形装置の小型化が可能となる。
ここで、上記成形装置は、上型及び下型の少なくとも一方を、金型同士が合わさる方向に移動させる駆動機構を備え、移動する金型側の電極は、該金型の移動と共に移動し、ブスバーは、上型又は下型のうち、駆動機構による移動量が小さい方の金型側の電極のみに接続されることが好ましい。このようにブスバーが移動量の小さい方(移動量が0である場合を含む)の金型側の電極のみに接続されることにより、該ブスバーが移動する領域がより小さくなり、さらなる成形装置の小型化が可能となる。
また、ブスバーは、下側電極のみに接続されることが好ましい。この場合、ブスバーの接続位置は、上側電極に接続される場合に比べて低くなるので、ブスバーの専有領域を小さくできる。また、ブスバーの殆どを床に這わせることができるので、成形装置における漏電が抑制され、安全性が向上する。
また、ブスバーは、成形装置の背面側に引き回されていることが好ましい。この場合、成形装置内への金属パイプ材料の挿入、及び成形された金属パイプの成形装置からの回収等の作業に際して、ブスバーが障害物となることがない。加えて、ブスバーが他の物体へ接触する機会を極力低減できる。
また、上側電極及び下側電極が金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟む際、上側電極の下面と下側電極の上面とは、互いに接触することが好ましい。この場合、ブスバーから供給される電力は、金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟む際に下側電極又は上側電極の一方から他方に直接的に供給されるので、該金属パイプ材料を熱ムラが生じることなく均一に加熱することができる。
このように本発明によれば、小型化が可能な成形装置を提供できる。
成形装置の概略構成図である。 電極周辺の拡大図であって、(a)は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図、(b)は電極にシール部材が当接した状態を示す図、(c)は電極の正面図である。 成形装置の加熱機構の配置を示す平面概略図である。 成形装置による製造工程を示す図であって、(a)は金型内に金属パイプ材料がセットされた状態を示す図、(b)は金属パイプ材料が電極に保持された状態を示す図である。 成形装置によるブロー成形工程の概要とその後の流れを示す図である。 図1に示すVI-VI線に沿ったブロー成形金型の型閉じした状態の断面図であり、(a)はガス供給前の図、(b)はガス供給時の図である。
以下、本発明による成形装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
〈成形装置の構成〉
図1は、成形装置の概略構成図である。図1に示されるように、金属パイプP(図6(b)参照)を成形する成形装置10は、上型12及び下型11からなるブロー成形金型13と、上型12及び下型11の少なくとも一方を移動させる駆動機構80と、上型12と下型11との間で金属パイプ材料14を保持するパイプ保持機構30と、パイプ保持機構30で保持されている金属パイプ材料14に通電して加熱する加熱機構50と、上型12及び下型11の間に保持され加熱された金属パイプ材料14内に高圧ガス(気体)を供給するための気体供給部60と、パイプ保持機構30で保持された金属パイプ材料14内に気体供給部60からの気体を供給するための一対の気体供給機構40,40と、ブロー成形金型13を強制的に水冷する水循環機構72とを備えると共に、上記駆動機構80の駆動、上記パイプ保持機構30の駆動、上記加熱機構50の駆動、及び上記気体供給部60の気体供給をそれぞれ制御する制御部70と、を備えて構成されている。
ブロー成形金型13の一方である下型11は、基台15に固定されている。下型11は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に矩形状のキャビティ(凹部)16を備える。下型11には冷却水通路19が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対21を備えている。この熱電対21はスプリング22により上下移動自在に支持されている。更に、下型11の左右端(図1における左右端)近傍にはスペース11aが設けられており、当該スペース11a内には、パイプ保持機構30の可動部である後述する電極17,18(下側電極)等が、上下に進退動可能に配置されている。下型11と下側電極17との間及び下側電極17の下部、並びに下型11と下側電極18との間及び下側電極18の下部には、通電を防ぐための絶縁材91がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材91は、パイプ保持機構30を構成する下側電極17,18等を上下動させるためのアクチュエータの可動部である進退ロッド95に固定されている。この進退ロッド95を有するアクチュエータの固定部は、下型11と共に基台15側に保持されている。
ブロー成形金型13の他方である上型12は、駆動機構80を構成する後述のスライド81に固定されている。上型12は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、内部に冷却水通路25が形成されると共に、その下面に矩形状のキャビティ(凹部)24を備える。このキャビティ24は、下型11のキャビティ16に対向する位置に設けられる。上型12の左右端(図1における左右端)近傍には、下型11と同様に、スペース12aが設けられており、当該スペース12a内には、パイプ保持機構30の可動部である後述する電極17,18(上側電極)等が、上下に進退動可能に配置されている。上型12と上側電極17との間及び上側電極17の上部、並びに上型12と上側電極18との間及び上側電極18の上部には、通電を防ぐための絶縁材101がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材101は、パイプ保持機構30を構成する上側電極17,18等を上下動させるためのアクチュエータの可動部である進退ロッド96に固定されている。この進退ロッド96を有するアクチュエータの固定部は、上型12と共に駆動機構80のスライド81側に保持されている。
パイプ保持機構30の右側部分において、電極18,18が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝18aが形成されていて(図2(c)参照)、当該凹溝18aの部分に丁度金属パイプ材料14が嵌り込むように載置可能とされている。パイプ保持機構30の右側部分において、絶縁材91,101が互いに対向する露出面には、上記凹溝18aと同様に、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝(図示しない)が形成されている。また、電極18の正面(金型の外側方向の面)には、凹溝18aに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面18bが形成されている。よって、パイプ保持機構30の右側部分で金属パイプ材料14を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料14の右側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。
パイプ保持機構30の左側部分において、電極17,17が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝17aが形成されていて(図2(c)参照)、当該凹溝17aの部分に丁度金属パイプ材料14が嵌り込むように載置可能とされている。パイプ保持機構30の左側部分において、絶縁材91,101が互いに対向する露出面には、上記凹溝18aと同様に、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝(図示しない)が形成されている。また、電極17の正面(金型の外側方向の面)には、凹溝17aに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面17bが形成されている。よって、パイプ保持機構30の左側部分で金属パイプ材料14を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料14の左側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。
図1に示されるように、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81と、上記スライド81を移動させるための駆動力を発生するシャフト82と、該シャフト82で発生した駆動力をスライド81に伝達するためのコネクティングロッド83とを備えている。シャフト82は、スライド81上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その中心から離間した位置にて左右端から突出して延在する偏心クランク82aを有している。この偏心クランク82aと、スライド81の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸81aとは、コネクティングロッド83によって連結されている。駆動機構80では、制御部70によってシャフト82の回転を制御することにより偏心クランク82aの上下方向の高さを変化させ、この偏心クランク82aの位置変化をコネクティングロッド83を介してスライド81に伝達することにより、スライド81の上下動を制御できる。ここで、偏心クランク82aの位置変化をスライド81に伝達する際に発生するコネクティングロッド83の揺動(回転運動)は、回転軸81aによって吸収される。なお、シャフト82は、例えば制御部70によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。
図1に示されるように、加熱機構50は、電源51と、この電源51からそれぞれ延在するブスバー52と、このブスバー52に介設したスイッチ53とを有してなる。ブスバー52は、下側の電極17,18のみにそれぞれ接続されており、電源51からの電力を、接続された電極17,18に供給する導体である。制御部70は、上記加熱機構50を制御することによって、金属パイプ材料14を焼入れ温度(AC3変態点温度以上)まで加熱することができる。
一対の気体供給機構40の各々は、シリンダユニット42と、シリンダユニット42の作動に合わせて進退動するシリンダロッド43と、シリンダロッド43におけるパイプ保持機構30側の先端に連結されたシール部材44とを有する。シリンダユニット42はブロック41上に載置固定されている。シール部材44の先端には先細となるようにテーパー面45が形成されており、電極17,18のテーパー凹面17b,18bに丁度嵌合当接することができる形状に構成されている(図3参照)。シール部材44には、シリンダユニット42側から先端に向かって延在し、詳しくは図3(a),(b)に示されるように、気体供給部60から供給された高圧ガスが流れるガス通路46が設けられている。
気体供給部60は、ガス源61と、このガス源61によって供給されたガスを溜めるアキュムレータ62と、このアキュムレータ62から気体供給機構40のシリンダユニット42まで延びている第1チューブ63と、この第1チューブ63に介設されている圧力制御弁64及び切替弁65と、アキュムレータ62からシール部材44内に形成されたガス通路46まで延びている第2チューブ67と、この第2チューブ67に介設されている圧力制御弁68及び逆止弁69とからなる。圧力制御弁64は、シール部材44の金属パイプ材料14に対する押力に適応した作動圧力のガスをシリンダユニット42に供給する役割を果たす。逆止弁69は、第2チューブ67内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。
第2チューブ67に介設されている圧力制御弁68は、制御部70の制御により、金属パイプ材料14を膨張させるための作動圧力を有するガスを、シール部材44のガス通路46に供給する役割を果たす。
制御部70は、気体供給部60の圧力制御弁68を制御することにより、金属パイプ材料14内に所望の作動圧力のガスを供給することができる。また、制御部70は、図1に示す(A)から情報が伝達されることによって、熱電対21から温度情報を取得し、駆動機構80及びスイッチ53等を制御する。
水循環機構72は、水を溜める水槽73と、この水槽73に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型11の冷却水通路19及び上型12の冷却水通路25へ送る水ポンプ74と、配管75とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管75に介在させることは差し支えない。
次に、前述した加熱機構50の配置について説明する。金属パイプ材料14は、図3に示されるように、平面視にてその軸線方向に垂直な方向を指す方向Aに沿って移動されることにより成形装置10内に挿入された後、一対の気体供給機構40のシール部材44によって軸線方向に挟持されると共に下側の電極17,18及び絶縁材91上に載置される(図4(a)参照)。また、成形装置10にて金属パイプ材料14から成形された金属パイプP(図6(b)参照)は、方向Aに沿って移動されることにより、成形装置10から取り出される(詳細は後述する)。
そして、加熱機構50のブスバー52は、一対の気体供給機構40の駆動、成形装置10内への金属パイプ材料14の挿入、及び成形装置10からの上記金属パイプPの回収等を妨げないように、成形装置10の背面側(図1の紙面奥行方向、図3の紙面上方向)に引き回されて下側の電極17,18に接続されている。
なお、加熱機構50のブスバー52よりも成形装置10の背面側には、該成形装置10に何らかの支障が生じた際の防護壁として機能する壁Xが配置されている。壁Xは、例えばコンクリート製の壁である。
〈成形装置を用いた金属パイプの成形方法〉
次に、成形装置10を用いた金属パイプの成形方法について説明する。図4は材料としての金属パイプ材料14を投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料14に通電して加熱する通電加熱工程までを示す。最初に焼入れ可能な鋼種の金属パイプ材料14を準備する。図4(a)に示すように、この金属パイプ材料14を、例えばロボットアーム等を用いて、下型11側に備わる電極17,18上に載置(投入)する。電極17,18には凹溝17a,18aが形成されているので、当該凹溝17a,18aによって金属パイプ材料14が位置決めされる。
次に、制御部70(図1参照)は、駆動機構80(図1参照)及びパイプ保持機構30を制御することによって、当該パイプ保持機構30に金属パイプ材料14を保持させる。具体的には、図1に示される駆動機構80の駆動によりスライド81側に保持されている上型12及び上側電極17,18等が下型11側に移動すると共に、パイプ保持機構30に含まれる上側電極17,18等及び下側電極17,18等を進退動可能としているアクチュエータ(図示しない)を作動させることによって、図4(b)に示すように、金属パイプ材料14の両方の端部を上下からパイプ保持機構30により挟持する。この挟持は電極17,18に形成される凹溝17a,18a、及び絶縁材91,101に形成される凹溝の存在によって、金属パイプ材料14の両端部全周に渡って密着するような態様で挟持されることとなる。この際、上側電極17,18の下面と下側電極17,18の上面とは、それぞれ互いに接触する。ただし、金属パイプ材料14の両端部全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料14の周方向における一部に電極17,18が当接するような構成であってもよい。
続いて、制御部70は、加熱機構50を制御することによって、金属パイプ材料14を加熱する。具体的には、制御部70は、加熱機構50のスイッチ53をONにする。そうすると、電源51からブスバー52を介して下側電極17,18に伝達される電力が、金属パイプ材料14を挟持している上側電極17,18及び金属パイプ材料14に供給され、金属パイプ材料14に存在する抵抗により、金属パイプ材料14自体が発熱する(ジュール熱)。この時、熱電対21の測定値が常に監視され、この結果に基づいて通電が制御される。
図5は、成形装置によるブロー成形工程の概要とその後の流れを示している。図6は、図1に示すVI-VI線に沿ったブロー成形金型の型閉じした状態の断面図であり、(a)はガス供給前の図、(b)はガス供給時の図である。図5に示されるように、制御部70(図1参照)による駆動機構80(図1参照)の制御によって、加熱後の金属パイプ材料14に対してブロー成形金型13を閉じる。これにより、図6(a)に示されるように、下型11のキャビティ16と上型12のキャビティ24とが組み合わされることによって形成される矩形状の空間であるキャビティ部MC内に金属パイプ材料14を配置密閉する。
その後、気体供給機構40のシリンダユニット42を作動させることによってシール部材44で金属パイプ材料14の両端をシールする(図2も併せて参照)。シール完了後、ブロー成形金型13を閉じると共に、高圧ガスを金属パイプ材料14内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料14をキャビティ部MCの形状に沿うように成形する(図6(b)参照)。
金属パイプ材料14は高温(950℃前後)に加熱されて軟化しているので、金属パイプ材料14内に供給されたガスは、熱膨張する。このため、例えば供給するガスを圧縮空気とし、950℃の金属パイプ材料14を熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させることができる。
ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料14の外周面が下型11のキャビティ16に接触して急冷されると同時に、上型12のキャビティ24に接触して急冷(上型12と下型11は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため、金属パイプ材料14が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。)されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する(以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする)。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織(トルースタイト、ソルバイトなど)に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を例えばキャビティ24内に供給することによって冷却が行われてもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型(上型12及び下型11)に金属パイプ材料14を接触させて冷却を行い、その後型開きすると共に冷却媒体(冷却用気体)を金属パイプ材料14へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。
上述のように金属パイプ材料14に対してブロー成形を行った後に冷却を行い、型開きを行うことにより、略矩形筒状の本体部を有する金属パイプPを得る(図6(b)参照)。
以上説明した本実施形態に係る成形装置10によれば、ブスバー52は、下側の電極17,18のみに接続されているので、上側の電極17,18に接続されるべきブスバー52は不要とされ、ブスバー全体の占める領域が小さくなり、成形装置10の小型化が可能となる。
また、ブスバー52は、下側電極17,18のみに接続されているので、ブスバー52の接続位置は、上側電極17,18に接続される場合に比べて低くなり、ブスバー52の専有領域を小さくできる。加えて、ブスバー52の殆どを床に這わせることができるので、成形装置10における漏電が抑制され、安全性が向上する。
また、ブスバー52は、成形装置10の背面側に引き回されているため、成形装置10内への金属パイプ材料14の挿入、及び成形された金属パイプPの成形装置10からの回収等の作業に際して、ブスバー52が障害物となることがない。加えて、ブスバー52が他の物体へ接触する機会を極力低減できる。
また、上側電極17,18及び下側電極17,18が金属パイプ材料14の両端部をそれぞれ上下から挟む際に、上側電極17,18の下面と下側電極17,18の上面とは、互いに接触するので、ブスバー52から供給される電力は、金属パイプ材料14の両端部を上下からそれぞれ挟む際に下側電極17,18から直接的に上側電極17,18に供給され、金属パイプ材料14を熱ムラが生じることなく均一に加熱することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態に係る駆動機構80は、上型12のみを移動させているが、上型12に加えて、または上型12に代えて下型11が移動するものであってもよい。これらの場合、ブスバー52は、下型11又は上型12のうち、駆動機構80による移動量が小さい方(移動量が0である場合を含む)の金型側の電極17,18のみに接続される。このようにブスバー52が移動量の小さい方の金型側の電極17,18のみに接続されることにより、該ブスバー52が移動する領域が小さくなり、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
また、上記実施形態に係る金属パイプPは、一又は複数のフランジ部を有していてもよい。この場合、上型12及び下型11が互いに嵌合する際にキャビティ部MCに連通する一又は複数のサブキャビティ部がブロー成形金型13に形成される。
また、上記実施形態に係る駆動機構80は、例えば加圧シリンダ、ガイドシリンダ及びサーボモータをシャフト82の代わりに用いてもよい。この場合、スライド81は加圧シリンダによって吊られ、ガイドシリンダによって横振れしないようにガイドされる。サーボモータは、加圧シリンダを駆動させる流体(加圧シリンダとして油圧シリンダを採用する場合は、動作油)を当該加圧シリンダへ供給する流体供給部として機能する。
10…成形装置、11…下型、12…上型、13…ブロー成形金型(金型)、14…金属パイプ材料、17,18…電極、30…パイプ保持機構、40…気体供給機構、50…加熱機構、51…電源、52…ブスバー、60…気体供給部、68…圧力制御弁、70…制御部、80…駆動機構、91,101…絶縁材、95,96…進退ロッド、P…金属パイプ、X…壁、MC…キャビティ部。

Claims (4)

  1. 金属パイプ材料を互いに対となる上型及び下型の間で加熱膨張された金属パイプを成形する成形装置であって、
    前記金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟み、前記金属パイプ材料を加熱するための上側電極及び下側電極と、
    前記上側電極又は前記下側電極のいずれか一方のみに接続され、電源からの電力を供給するための導体と、
    前記上型及び前記下型の少なくとも一方を、前記上型及び前記下型が合わさる方向に移動させる駆動機構と、を備え、
    前記上型及び前記下型が、移動するものであり、
    成形中に、前記導体は、前記上型又は前記下型のうち、移動量が小さい型側の電極のみに接続される、成形装置。
  2. 金属パイプ材料を互いに対となる上型及び下型の間で加熱膨張された金属パイプを成形する成形装置であって、
    前記金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟み、前記金属パイプ材料を加熱するための上側電極及び下側電極と、
    前記上側電極又は前記下側電極のいずれか一方のみに接続され、電源からの電力を供給するための導体と、
    前記上型及び前記下型の少なくとも一方を、前記上型及び前記下型が合わさる方向に移動させる駆動機構と、を備え、
    前記上側電極及び前記下側電極は、上下に進退動可能に配置され、
    成形中に、前記導体は、前記上型又は前記下型のうち、移動量が小さい型側の電極のみに接続される、成形装置。
  3. 前記導体は、前記下側電極のみに接続される、請求項1又は2に記載の成形装置。
  4. 前記上側電極及び前記下側電極が前記金属パイプ材料の両端部を上下からそれぞれ挟む際、前記上側電極の下面と前記下側電極の上面とは、互いに接触する、請求項1〜3のいずれか一項記載の成形装置。
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