JP6651415B2

JP6651415B2 - 成形装置

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Publication number: JP6651415B2
Application number: JP2016130621A
Authority: JP
Inventors: 正之石塚
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2018001210A

Description

本発明は、成形装置に関する。

従来、金属パイプを金型により型閉してブロー成形する成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、金型と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、金属パイプ材料内を金型内に配置し、金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を金型の形状に対応する形状に成形する。この成形装置では、金属パイプ材料を膨張させる前段階で、電極で金属パイプ材料を保持すると共に、当該電極で金属パイプ材料を通電加熱する。

特開２０１２−０００６５４号公報

上述の成形装置では、電極で金属パイプ材料を通電加熱する際に、急速に通電を行うと、成形金型内に発生する渦電流が大きくなるという問題が生じる。渦電流が大きくなった場合、例えば、成形金型内に熱が蓄積されることによる悪影響が生じる可能性がある。従って、成形金型内の渦電流を低減することが要請されていた。

本発明は、成形金型内の渦電流を低減することができる成形装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成形装置は、金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、少なくとも一方が移動可能であり、金属パイプを成形する第１の金型及び第２の金型を有する成形金型と、金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する一対の電極と、加熱された金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、を備え、成形金型は、当該成形金型中の渦電流の発生を抑制する渦電流抑制部を有する。

このような成形装置によれば、一対の電極が金属パイプ材料へ通電することで加熱を行い、加熱された金属パイプ材料内に気体供給部が気体を供給することによって、金属パイプ材料が膨張して成形金型と接触することによって金属パイプが成形される。ここで、一対の電極が金属パイプ材料へ通電することにより、成形金型内には渦電流が発生する。しかし、成形金型は、当該成形金型中の渦電流の発生を抑制する渦電流抑制部を有するため、成形金型内での渦電流の発生が抑制される。以上によって、成形金型内の渦電流を低減することができる。

また、一対の電極は、通電時における金属パイプ材料の延伸方向における一端側及び他端側にそれぞれ配置され、渦電流抑制部は、成形金型中で延伸方向に流れる渦電流の発生を抑制してよい。この場合、一対の電極は金属パイプの延伸方向における一端側及び他端側にそれぞれ配置されているため、成形金型中では渦電流は延伸方向に発生し易くなる。従って、渦電流抑制部が成形金型中で延伸方向に流れる渦電流の発生を抑制することで、成形金型内の渦電流を効率よく低減することができる。

また、渦電流抑制部は、成形金型を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部によって構成されてよい。この場合、高抵抗部で渦電流がせき止められることによって、渦電流が流れにくくなり、渦電流の発生を抑制することができる。

また、高抵抗部は、成形金型のキャビティ側においては、金属材料に覆われていてよい。この場合、成形金型のキャビティ側には高抵抗部が露出した部分が設けられないため、成形金型による金属パイプの成形時に、当該金属パイプが高抵抗部と接触することを回避し、成形性を向上することができる。

また、成形装置は、成形金型を支持するホルダを更に備え、成形金型は、高抵抗部で分割された複数の分割部材と、ホルダと成形金型との取り付け部側に設けられ、複数の分割部材を支持するベース部材と、を備えてよい。この場合、高抵抗部で分割された複数の分割部材が、ホルダとの取り付け部側にて、ベース部材で支持される。従って、分割部材同士の位置精度を向上することができる。

本発明によれば、成形金型内の渦電流を低減することができる。

成形装置の概略構成図である。図１に示すII-II線に沿ったブロー成形金型の断面図である。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。ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化を示す図である。図２に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったブロー成形金型の断面図である。変形例に係る成形装置のブロー成形金型の断面図である。図８に示すＩＸ−ＩＸ線に沿ったブロー成形金型の断面図である。

以下、本発明による成形装置及び成形方法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１００（図５参照）を成形する成形装置１０は、互いに対となる上型（第１の金型）１２及び下型（第２の金型）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。また、成形装置１０は、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。

下型（第２の金型）１１は、大きな基台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、その上面にキャビティ１６を備える。更に下型１１の左右端（図１における左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられる。成形装置１０は、当該電極収納スペース１１ａ内に、アクチュエータ（図示しない）によって上下に進退動可能に構成された第１電極１７及び第２電極１８を備えている。これら第１電極１７、第２電極１８の上面には、金属パイプ材料１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａがそれぞれ形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，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。また、第１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が形成されており、第２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。また、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。

なお、下型１１側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８はパイプ保持機構３０を構成しており、金属パイプ材料１４を、上型１２と下型１１との間で昇降可能に支えることができる。また、熱電対２１は測温手段の一例を示したに過ぎず、輻射温度計又は光温度計のような非接触型温度センサであってもよい。なお、通電時間と温度との相関が得られれば、測温手段は省いて構成することも十分可能である。

上型（第１の金型）１２は、下面にキャビティ２４を備え、冷却水通路２５を内蔵した大きな鋼鉄製ブロックである。上型１２は、上端部をスライド８２に固定されている。そして、上型１２が固定されたスライド８２は、加圧シリンダ２６によって吊られる構成とされ、ガイドシリンダ２７によって横振れしないようにガイドされている。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様な電極収納スペース１２ａが設けられる。成形装置１０は、この電極収納スペース１２ａ内に、下型１１と同じく、アクチュエータ（図示しない）で上下に進退動可能に構成された第１電極１７と第２電極１８を備えている。これら第１、第２電極１７，１８の下面には、金属パイプ材料１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａがそれぞれ形成されていて（図３（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａに丁度金属パイプ材料１４が嵌合可能とされている。また、第１電極１７の正面（金型の外側方向の面）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が形成されており、第２電極１８の正面（金型の外側方向の面）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、上型１２側に位置する一対の第１，第２電極１７，１８もパイプ保持機構３０を構成しており、上下一対の第１，第２電極１７，１８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。

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を移動させるための駆動力を発生する駆動部８１と、上記駆動部８１に対する流体量を制御するサーボモータ８３とを備えている。駆動部８１は、加圧シリンダ２６を駆動させる流体（加圧シリンダ２６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２６へ供給する流体供給部によって構成されている。

制御部７０は、駆動部８１のサーボモータ８３を制御することによって、加圧シリンダ２６へ供給する流体の量を制御することにより、スライド８２の移動を制御することができる。なお、駆動部８１は、上述のように加圧シリンダ２６を介してスライド８２に駆動力を付与するものに限られない。例えば、駆動部８１は、スライド８２に駆動機構を機械的に接続させてサーボモータ８３が発生する駆動力を直接的に又は間接的にスライド８２へ付与するものであってもよい。例えば、偏心軸と、偏心軸を回転させる回転力を付与する駆動源（例えば、サーボモータ及び減速機等）と、偏心軸の回転運動を直線運動に変換してスライドを移動させる変換部（例えば、コネクティングロッド又は偏心スリーブ等）と、を有する駆動機構を採用してもよい。なお、本実施形態では、駆動部８１がサーボモータ８３を備えていなくともよい。

図２は、図１に示すII-II線に沿ったブロー成形金型１３の断面図である。図２に示されるように、下型１１の上面及び上型１２の下面には、いずれも段差が設けられている。

下型１１の上面には、下型１１の中央のキャビティ１６表面を基準ラインＬＶ２とすると、第１突起１１ｂ、第２突起１１ｃ、第３突起１１ｄ、第４突起１１ｅによる段差が形成されている。キャビティ１６の右側（図２において右側、図１において紙面奥側）に第１突起１１ｂ及び第２突起１１ｃが形成され、キャビティ１６の左側（図２において左側、図１において紙面手前側）に第３突起１１ｄ及び第４突起１１ｅが形成されている。第２突起１１ｃは、キャビティ１６と第１突起１１ｂとの間に位置している。第３突起１１ｄは、キャビティ１６と第４突起１１ｅとの間に位置している。第２突起１１ｃ及び第３突起１１ｄのそれぞれは、第１突起１１ｂ及び第４突起１１ｅよりも上型１２側に突出している。第１突起１１ｂ及び第４突起１１ｅにおいて基準ラインＬＶ２からの突出量は略同一であり、第２突起１１ｃ及び第３突起１１ｄにおいて基準ラインＬＶ２からの突出量は略同一である。

一方、上型１２の下面には、上型１２の中央のキャビティ２４表面を基準ラインＬＶ１とすると、第１突起１２ｂ、第２突起１２ｃ、第３突起１２ｄ、第４突起１２ｅによる段差が形成されている。キャビティ２４の右側（図２において右側）に第１突起１２ｂ及び第２突起１２ｃが形成され、キャビティ２４の左側（図２において左側）に第３突起１２ｄ及び第４突起１２ｅが形成されている。第２突起１２ｃは、キャビティ２４と第１突起１２ｂとの間に位置している。第３突起１２ｄは、キャビティ２４と第４突起１２ｅとの間に位置している。第１突起１２ｂ及び第４突起１２ｅのそれぞれは、第２突起１２ｃ及び第３突起１２ｄよりも下型１１側に突出している。第１突起１２ｂ及び第４突起１２ｅにおいて基準ラインＬＶ１からの突出量は略同一であり、第２突起１２ｃ及び第３突起１２ｄにおいて基準ラインＬＶ１からの突出量は略同一である。

また、上型１２の第１突起１２ｂは下型１１の第１突起１１ｂと対向しており、上型１２の第２突起１２ｃは下型１１の第２突起１１ｃと対向しており、上型１２のキャビティ２４は下型１１のキャビティ１６と対向しており、上型１２の第３突起１２ｄは、下型１１の第３突起１１ｄと対向しており、上型１２の第４突起１２ｅは下型１１の第４突起１１ｅと対向している。そして、上型１２において第２突起１２ｃに対する第１突起１２ｂの突出量（第３突起１２ｄに対する第４突起１２ｅの突出量）は、下型１１において第１突起１１ｂに対する第２突起１１ｃの突出量（第４突起１１ｅに対する第３突起１１ｄの突出量）よりも大きくなっている。これにより、上型１２の第２突起１２ｃと下型１１の第２突起１１ｃとの間、及び上型１２の第３突起１２ｄと下型１１の第３突起１１ｄとの間のそれぞれには、上型１２及び下型１１が嵌合した際に空間が形成される（図６（ｃ）参照）。また、上型１２のキャビティ２４と、下型１１のキャビティ１６との間には、上型１２及び下型１１が嵌合した際に空間が形成される（図６（ｃ）参照）。

より詳細に説明すると、ブロー成形時に下型１１と上型１２とが合わさっていき嵌合する前の時点で、図６（ｂ）に示されるように、上型１２のキャビティ２４の表面（基準ラインＬＶ１となる表面）と、下型１１のキャビティ１６の表面（基準ラインＬＶ２となる表面）との間には、メインキャビティ部（第１のキャビティ部）ＭＣが形成される。また、上型１２の第２突起１２ｃと下型１１の第２突起１１ｃとの間には、メインキャビティ部ＭＣに連通し、当該メインキャビティ部ＭＣよりも容積が小さいサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣ１が形成される。同様に、上型１２の第３突起１２ｄと下型１１の第３突起１１ｄとの間には、メインキャビティ部ＭＣに連通し、当該メインキャビティ部ＭＣよりも容積が小さいサブキャビティ部（第２のキャビティ部）ＳＣ２が形成される。メインキャビティ部ＭＣは金属パイプ１００におけるパイプ部１００ａを成形する部分であり、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は金属パイプ１００におけるフランジ部１００ｂ，１００ｃをそれぞれ成形する部分である（図６（ｃ），（ｄ）参照）。そして、図６（ｃ），（ｄ）に示されるように、下型１１と上型１２とが合わさって完全に閉じられた場合（嵌合した場合）、メインキャビティ部ＭＣ及びサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、下型１１及び上型１２内に密閉される。

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からそれぞれ延びて第１電極１７及び第２電極１８に接続している導線５２と、この導線５２に介設したスイッチ５３とを有してなる。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を介して基台１５上に載置固定されている。それぞれのシール部材４４の先端には、先細となるようにテーパー面４５が形成されている。一方のテーパー面４５には、第１電極１７のテーパー凹面１７ｂに丁度嵌合当接することができる形状に構成され、他方のテーパー面４５は、第２電極１８のテーパー凹面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は、シリンダユニット４２側から先端に向かって延在する。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。

図１に戻って、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とを備えている。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内で気体が逆流することを防止する役割を果たす。

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、加圧シリンダ２６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。

〈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側に備わる第１，第２電極１７，１８上に載置（投入）する。第１，第２電極１７，１８には凹溝１７ａ，１８ａがそれぞれ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、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４（ｂ）のように、第１電極１７、第２電極１８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、各上下に位置する第１，第２電極１７，１８を接近・当接させる。この当接によって、金属パイプ材料１４の両方の端部は、上下から第１，第２電極１７，１８によって挟持される。また、この挟持は第１，第２電極１７，１８にそれぞれ形成される凹溝１７ａ，１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の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。ただし、金属パイプ材料１４の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第１，第２電極１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、図１に示されるように、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から電力が金属パイプ材料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５に示されるように、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、金属パイプ材料１４を当該ブロー成形金型１３のキャビティ内に配置密閉する。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３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、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をキャビティの形状に沿うように成形する（具体的な金属パイプ材料１４の成形方法については後述する）。

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又は圧縮窒素ガスとし、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、金属パイプ１００を得ることができる。

具体的には、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、冷却媒体を金属パイプ１００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。

次に、ブロー成形金型１３の構成について、図２及び図７を参照して詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図７には金属パイプ材料１４も図示している。なお、図２は上型１２及び下型１１が開いた状態であるため、厳密にはメインキャビティ部ＭＣ、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は形成されていない状態であるが、これらのキャビティ部を形成する金型形状に対応する部分に符号「ＭＣ」「ＳＣ１」「ＳＣ２」を付しておく。

図２及び図７に示すように、ブロー成形金型１３には、当該ブロー成形金型１３中の渦電流ＲＣの発生を抑制する渦電流抑制部１１０が形成される。本実施形態では、一対の電極１７，１８は、通電時における金属パイプ材料１４の延伸方向Ｄ１における一端側及び他端側にそれぞれ配置される。従って、図７に示すように、金属パイプ材料１４には、延伸方向Ｄ１に沿って電極１８から電極１７へ電流Ｃが流れる。電磁誘導効果により、下型１１及び上型１２内では渦電流ＲＣが発生する。渦電流は、金属を強い磁場内で動かしたり、金属の近傍の磁界を急激に変化させた際に、電磁誘導効果により金属内で生じる渦状の誘導電流のことである。磁場内での金属の移動速度が大きいほど、又は金属近傍の磁界変化が大きいほど、渦電流は大きくなる。このような渦電流が発生すると、電気抵抗により発熱し、金属の温度が上昇することになる。渦電流抑制部１１０は、ブロー成形金型１３中で延伸方向に流れる渦電流ＲＣの発生を抑制することができる。

渦電流抑制部１１０は、ブロー成形金型１３を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂによって構成される。高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂは、例えば、ブロー成形金型１３の金属材料中に絶縁体を配置することによって、構成される。絶縁体は、金属材料よりも抵抗が高ければよく、例えば、樹脂、セラミックス、耐火物、ＦＲＰなどの材料から構成される。

図２に示すように、延伸方向Ｄ１から見た場合、ブロー成形金型１３の上型１２及び下型１１は、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂによって分割された複数（ここでは二つ）の分割部材１３０Ａ，１３０Ｂと、複数の分割部材１３０Ａ，１３０Ｂを支持するベース部材１３５Ａ，１３５Ｂと、を備える。

分割部材１３０Ａ，１３０Ｂは、金属パイプ材料１４の延伸方向Ｄ１に対して直交する水平方向である横方向Ｄ２における中央位置にて、上型１２及び下型１１が高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂでそれぞれ分割されることで構成されている。本実施形態では、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、上下方向及び延伸方向Ｄ１へ真っ直ぐに延びる板状の形状をなしている。また、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、上型１２及び下型１１のキャビティ側の端部からベース部材１３５Ａ，１３５Ｂに至るまで上下方向に延びている。高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、上型１２及び下型１１の延伸方向Ｄ１の一端部から他端部に至るまで延伸方向Ｄ１に延びている。

ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂは、上型１２及び下型１１のうち上下のホルダ１４０Ａ，１４０Ｂとの取り付け部側に設けられる。なお、ホルダ１４０Ａは上型１２を上側から支持する部材であり、ホルダ１４０Ｂは下型１１を下側から支持する部材である。ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂは、金属材料によって、一体的に構成された部材である。すなわち、ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂは、途中で高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ及び後述の高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂによって分割されることなく、連続した一枚の板状部材として構成されている。すなわち、ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂは、上型１２及び下型１１の延伸方向Ｄ１における一端部から他端部まで延びており（図７参照）、横方向Ｄ２における一端部から他端部まで延びている。

ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂと、分割された複数の分割部材１３０Ａ，１３０Ｂとの間には、高抵抗部１２３Ａ，１２３Ｂの層が設けられている。高抵抗部１２３Ａ，１２３Ｂは、ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂの略全面に対応して形成されている。すなわち、高抵抗部１２３Ａ，１２３Ｂは、上型１２及び下型１１の延伸方向Ｄ１における一端部から他端部まで延びており（図７参照）、横方向Ｄ２における一端部から他端部まで延びている。ただし、高抵抗部１２３Ａ，１２３Ｂは、ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂの略全面に対応して形成されていなくともよく、一部に対応して形成されるのみであってもよい。また、ベース部材１３５Ａ，１３５Ｂ及び高抵抗部１２３Ａ，１２３Ｂは、ネジ部１５０をホルダ１４０Ａ，１４０Ｂ側から分割部材１３０Ａ，１３０Ｂにねじ込むことによって、分割部材１３０Ａ，１３０Ｂと固定されている。

図７に示すように横方向Ｄ２から見た場合、ブロー成形金型１３の上型１２及び下型１１は、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂによって分割された複数（ここでは二つ）の分割部材１３１Ａ，１３１Ｂと、複数の分割部材１３１Ａ，１３１Ｂを支持するベース部材１３５Ａ，１３５Ｂと、を備える。なお、説明の便宜上、延伸方向Ｄ１から見た場合の分割部材１３０Ａ，１３０Ｂと、横方向Ｄ２から見た場合の分割部材１３１Ａ，１３１Ｂとで異なる符号を付しているが、実体的には同一の部分を指している。

分割部材１３１Ａ，１３１Ｂは、金属パイプ材料１４の延伸方向Ｄ１における中央位置にて、上型１２及び下型１１が高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂでそれぞれ分割されることで構成されている。本実施形態では、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂは、上下方向及び横方向Ｄ２へ真っ直ぐに延びる板状の形状をなしている。また、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂは、上型１２及び下型１１のキャビティ側の端部からベース部材１３５Ａ，１３５Ｂに至るまで上下方向に延びている。高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂは、上型１２及び下型１１の横方向Ｄ２の一端部から他端部に至るまで横方向Ｄ２に延びている。なお、上型１２及び下型１１の延伸方向Ｄ１における両端部と電極１７，１８との間には、高抵抗部１２４Ａ，１２４Ｂが形成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る成形装置の作用・効果について説明する。

電極で金属パイプ材料を通電加熱する際に、成形プロセスに要する時間を短縮するために急速に通電を行う場合がある。単位時間当たりの電流変化が大きくなると、従来の成形装置では、成形金型内に発生する渦電流が大きくなるという問題が生じる。渦電流が大きくなった場合、例えば、金型温度が上昇し、当該状態で通電を繰り返すことで熱が蓄積され、場合によっては金型焼き入れができなくなる可能性なども生じる。従って、渦電流を低減することが要請される。

本実施形態に係る成形装置１０によれば、一対の電極１７，１８が金属パイプ材料１４へ通電することで加熱を行い、加熱された金属パイプ材料１４内に気体供給機構４０が気体を供給することによって、金属パイプ材料１４が膨張してブロー成形金型１３と接触することによって金属パイプ１００が成形される。ここで、一対の電極１７，１８が金属パイプ材料１４へ通電することにより、ブロー成形金型１３内には渦電流ＲＣ（図７参照）が発生する。しかし、ブロー成形金型１３は、当該ブロー成形金型１３中の渦電流ＲＣの発生を抑制する渦電流抑制部１１０を有するため、ブロー成形金型１３内での渦電流ＲＣの発生が抑制される。以上によって、ブロー成形金型１３内の渦電流ＲＣを低減することができる。

また、一対の電極１７，１８は、通電時における金属パイプ材料１４の延伸方向Ｄ１における一端側及び他端側にそれぞれ配置され、渦電流抑制部１１０は、ブロー成形金型１３中で延伸方向Ｄ１に流れる渦電流の発生を抑制する。この場合、一対の電極１７，１８は金属パイプ１００の延伸方向Ｄ１における一端側及び他端側にそれぞれ配置されているため、ブロー成形金型１３中では渦電流ＲＣは延伸方向Ｄ１に発生し易くなる。従って、渦電流抑制部１１０がブロー成形金型１３中で延伸方向Ｄ１に流れる渦電流ＲＣの発生を抑制することで、ブロー成形金型１３内の渦電流ＲＣを効率よく低減することができる。本実施形態では、上型１２及び下型１１を延伸方向Ｄ１に分割する高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂが、特に延伸方向Ｄ１に流れる渦電流ＲＣの発生を抑制することができる。なお、上型１２及び下型１１を横方向Ｄ２に分割する高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂに比して渦電流ＲＣを直接低減する効果は少ないが、ブロー成形金型１３内の磁力線の広がりを抑制できるという効果が大きい。

また、渦電流抑制部１１０は、ブロー成形金型１３を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂによって構成されている。この場合、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂで渦電流ＲＣがせき止められることによって、渦電流ＲＣが流れにくくなり、渦電流ＲＣの発生を抑制することができる。例えば、図７において、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂが設けられていない場合、上型１２及び下型１１内において、渦電流ＲＣは延伸方向Ｄ１における一端側から他端側の全域に亘って、せき止められることなく大きな流れを形成することができる。従って、渦電流ＲＣが大きくなってしまう。一方、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂが渦電流ＲＣをせき止めることで、渦電流ＲＣは限られた範囲内での小さな流れを形成することとなるため、渦電流ＲＣを低減することができる。

また、成形装置１０は、ブロー成形金型１３を支持するホルダ１４０Ａ，１４０Ｂを更に備える。ブロー成形金型１３は、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂで分割された複数の分割部材１３０Ａ，１３１Ａ，１３０Ｂ，１３１Ｂと、ホルダ１４０Ａ，１４０Ｂとブロー成形金型１３との取り付け部側に設けられ、複数の分割部材１３０Ａ，１３１Ａ，１３０Ｂ，１３１Ｂを支持するベース部材１３５Ａ，１３５Ｂと、を備えている。この場合、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂで分割された複数の分割部材１３０Ａ，１３１Ａ，１３０Ｂ，１３１Ｂが、ホルダ１４０Ａ，１４０Ｂとブロー成形金型１３との取り付け部側にて金属材料によって一体的に構成されたベース部材１３５Ａ，１３５Ｂで支持される。従って、分割部材１３０Ａ，１３１Ａ，１３０Ｂ，１３１Ｂ同士の位置精度を向上することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、上型１２及び下型１１のキャビティ側の面から露出していた。これに代えて、例えば、図８及び図９に示すような構成を採用してもよい。すなわち、図８及び図９に示すように、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂは、上型１２及び下型１１のキャビティ側においては、金属材料に覆われていてよい。図８に示すように、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂのキャビティ側の端部１２０Ａａ，１２０Ｂａは、上型１２及び下型１１内部に配置されており、上型１２及び下型１１のキャビティ側の面から内側へ離間している。図９に示すように、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂのキャビティ側の端部１２５Ａａ，１２５Ｂａは、上型１２及び下型１１内部に配置されており、上型１２及び下型１１のキャビティ側の面から内側へ離間している。この場合、ブロー成形金型１３のキャビティ側には高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂが露出した部分が設けられないため、金型の表面に段差等が形成されない。従って、ブロー成形金型１３による金属パイプ１００の成形時に、当該金属パイプ１００が高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂと接触することを回避し、成形性を向上することができる。

なお、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂの構成は上述のような構成に限定されない。例えば、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂの横方向Ｄ２における位置、及び数量は限定されず、上下方向及び延伸方向Ｄ１に対する角度も垂直でなくともよい。また、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、図８に示すようにキャビティ側の端部が金型表面から離間するのみならず、反対側の端部がベース部材から離間していてもよい。また、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂは、上下方向又は延伸方向Ｄ１における中途位置で分断されていてもよい。同様に、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂの延伸方向Ｄ１における位置、及び数量は限定されず、上下方向及び横方向Ｄ２に対する角度も垂直でなくともよい。また、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂは、図９に示すようにキャビティ側の端部が金型表面から離間するのみならず、反対側の端部がベース部材から離間していてもよい。また、高抵抗部１２５Ａ，１２５Ｂは、上下方向又は横方向Ｄ２における中途位置で分断されていてもよい。なお、高抵抗部１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂの少なくとも何れかが設けられていればよく、一部を省略してもよい。

また、上述の実施形態では、絶縁体を用いて高抵抗部を構成していたが、空隙を形成することによって高抵抗部を構成してもよい。この場合であっても、空気の抵抗が金属材料よりも高いため、高抵抗部として機能する。

また、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。下型１１が移動する場合、当該下型１１は基台１５に固定されず、駆動機構８０のスライドに取り付けられる。

また、上記実施形態に係る金属パイプは、その片側に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によって形成されるサブキャビティ部は一つとなる。また、金属パイプはフランジ部を有していなくともよい。その場合はサブキャビティ部が設けられない。

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、４０…気体供給機構（気体供給部）、１００…金属パイプ、１１０…渦電流抑制部、１２０Ａ，１２０Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂ…高抵抗部、１３０Ａ，１３０Ｂ，１３１Ａ，１３１Ｂ…分割部材、１３５Ａ，１３５Ｂ…ベース部材。

Claims

金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
少なくとも一方が移動可能であり、前記金属パイプを成形する第１の金型及び第２の金型を有する成形金型と、
前記金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する一対の電極と、
加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、を備え、
前記成形金型は、当該成形金型中の渦電流の発生を抑制する渦電流抑制部を有し、
前記渦電流抑制部は、前記成形金型を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部によって構成され、
前記高抵抗部は、前記成形金型のキャビティ側においては、前記金属材料に覆われている、成形装置。
金属パイプ材料を膨張させて金属パイプを成形する成形装置であって、
少なくとも一方が移動可能であり、前記金属パイプを成形する第１の金型及び第２の金型を有する成形金型と、
前記金属パイプ材料へ通電することで当該金属パイプ材料を加熱する一対の電極と、
加熱された前記金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させる気体供給部と、
前記成形金型を支持するホルダと、を備え、
前記成形金型は、当該成形金型中の渦電流の発生を抑制する渦電流抑制部を有し、
前記渦電流抑制部は、前記成形金型を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部によって構成され、
前記成形金型は、
前記高抵抗部で分割された複数の分割部材と、
前記ホルダと前記成形金型との取り付け部側に設けられ、前記複数の分割部材を支持するベース部材と、を備える、成形装置。
前記一対の電極は、通電時における前記金属パイプ材料の延伸方向における一端側及び他端側にそれぞれ配置され、
前記渦電流抑制部は、前記成形金型中で前記延伸方向に流れる渦電流の発生を抑制する、請求項１又は２に記載の成形装置。
前記渦電流抑制部は、前記成形金型を構成する金属材料に比して抵抗が高い高抵抗部によって構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の成形装置。