JP6173261B2 - 成形システム - Google Patents

Description

本発明は、金属パイプを成形する成形システムに関する。

従来、加熱した金属パイプ材料内に気体を供給して膨張させることによって成形を行う成形装置が知られている。例えば、特許文献１に示す成形装置は、互いに対となる上型及び下型と、上型と下型との間に金属パイプ材料を保持する保持部と、保持部に保持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、を備えている。この成形装置では、上型と下型との間に保持された状態の金属パイプ材料内に気体を供給することによって、金属パイプ材料を膨張させて金型の形状に対応する形状に成形することができる。

特許第３７６１８２０号公報

ここで、金属パイプ材料を膨張させる前に予め曲げ加工等の予備成形を行うことがある。また、膨張成形後の金属パイプに切断加工を施すことがある。このように一連の予備成形加工、成形加工、及び切断加工を金属パイプ材料に連続して施す場合、予備成形装置及び切断装置を成形装置に対して単に一列に並べて配置すると、これらの装置から構成される成形システムの敷地面積が並び方向に大きくなってしまう問題がある。

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、敷地面積を小さくすることが可能となる成形システムを提供することを目的とする。

本発明による金属パイプを金型内で膨張させて成形する成形システムであって、金属パイプ材料を予備成形する予備成形装置と、予備成形され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を有する成形装置と、成形後の金属パイプの少なくとも一部を切断する切断装置と、を備え、成形装置の中心にて互いに直交する水平方向を第１の方向及び第２の方向とした場合、予備成形装置及び切断装置は、成形装置よりも第１の方向の一方側に配置されており、予備成形装置は、成形装置よりも第２の方向の一方側に配置されており、切断装置は、成形装置よりも第２の方向の他方側に配置されていることを特徴としている。

このような成形システムによれば、予備成形装置と、成形装置と、切断装置とは、水平方向において一列に配置されておらず、平面視において例えばＶ字型又はＵ字型等に配置することが可能となる。したがって、予備成形装置と、成形装置と、切断装置とを単に一列に配置する場合に比して、成形システムの敷地面積を小さくすることが可能となる。

ここで、気体供給部は、成形装置の中心を挟んで第２の方向に沿って一対設けられていることが好ましい。この場合、例えば金属パイプ材料が予備成形装置から成形装置に搬送される際に、成形装置に配置された一対の気体供給部が金属パイプ材料と干渉しないように、成形装置に対して予備成形装置を配置することができる。

また、成形システムは、金属パイプ材料を予備成形装置から成形装置に搬送するハンドリング装置を備え、ハンドリング装置は、成形装置よりも第１の方向の一方側に配置されると共に、予備成形装置と切断装置との間に配置されていることが好ましい。この場合、搬送される金属パイプ材料が、成形装置の気体供給部等の各種部品と干渉しないように、当該金属パイプ材料を搬送するハンドリング装置を配置することができる。

また、成形システムは、成形装置よりも第１の方向の他方側に設けられる壁と、壁よりも第１の方向の他方側に設けられ、気体供給部に気体を供給する気体供給源と、を備えることが好ましい。このように成形装置を挟んで予備成形装置と切断装置との逆側に壁を配置することによって、壁と成形装置との第１の方向における距離を近づけることができる。したがって、成形システムの敷地面積を一層小さくすることが可能となる。

このように本発明によれば、敷地面積を小さくすることが可能となる成形システムを提供できる。

本発明の実施形態に係る成形システムの概略平面図である。 成形装置及びブロー機構の概略構成図である。 図２に示すIII-III線に沿った断面図であって、ブロー成形金型の概略断面図である。 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とその後の流れを示す図である。 金属パイプ材料及び金属パイプを示す図であって、（ａ）は予備成形前の金属パイプ材料を示す図、（ｂ）は予備成形後の金属パイプ材料を示す図、（ｃ）は成形途中の金属パイプ材料を示す図、（ｄ）は成形後の金属パイプを示す図、（ｅ）は端部を切断した後の金属パイプを示す図である。 ブロー成形金型の動作と金属パイプ材料の形状の変化の他の例を示す図であり、（ａ）は金属パイプ材料をブロー成形金型にセットした状態を示す図、（ｂ）はブロー成形時の状態を示す図、（ｃ）はプレスによりフランジ部が成形された状態を示す図である。

以下、本発明による成形システム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。

〈成形システムの構成〉
図１は本実施形態に係る成形システムの概略平面図である。図１に示されるように、成形システム１は、金属パイプ材料を予備成形する予備成形装置２と、予備成形された金属パイプ材料を成形する成形装置１０と、成形された金属パイプの少なくとも一部を切断する切断装置３とを主体として備える。成形システム１は、上述の構成以外に、成形装置１０に高圧ガス（気体）を供給する気体供給源４と、成形装置１０及び気体供給源４の間に設けられる壁５と、予備成形された金属パイプ材料を予備成形装置２から成形装置１０へと搬送する第１ハンドリング装置６と、成形された金属パイプを成形装置１０から切断装置３へと搬送する第２ハンドリング装置７と、気体供給源４から成形装置１０へ気体が供給される経路８とを備える。

以下の説明では、成形装置１０によって成形されたパイプを金属パイプ８０（図７（ｄ）参照）と称し、成形装置１０によって成形される前の段階のパイプを金属パイプ材料１４〜１４Ｂ（図７（ａ）〜（ｃ）参照）と称するものとする。また、金属パイプ８０の両方の端部８０ｃ，８０ｄを切断装置３によって切断したパイプを金属パイプ９０と称するものとする（図７（ｅ）参照）。

また、以下では説明のため、図１に示されるように成形装置１０の中心にて互いに直交する水平方向を、それぞれ方向Ｘ（第１の方向）及び方向Ｙ（第２の方向）とする。予備成形装置２及び切断装置３は、成形装置１０よりも方向Ｘの一方側に配置されている。また、予備成形装置２は、成形装置１０よりも方向Ｙの一方側に配置されており、切断装置３は、成形装置１０よりも方向Ｙの他方側に配置されている。すなわち、予備成形装置２と、成形装置１０と、切断装置３とは、平面視においてＶ字型（又はＵ字型）に配置されている。

壁５は、成形装置１０よりも方向Ｘの他方側に設けられており、気体供給源４は、壁５よりも方向Ｘの他方側に設けられている。

第１ハンドリング装置６は、成形装置１０よりも方向Ｘの一方側に配置されると共に、予備成形装置２と切断装置３との間に配置されている。より詳しくは、第１ハンドリング装置６は予備成形装置２と切断装置３との間において方向Ｙの一方側に配置されている。第２ハンドリング装置７は、成形装置１０よりも方向Ｘの一方側に配置されると共に、第１ハンドリング装置６と切断装置３との間に配置されている。より詳しくは、第２ハンドリング装置７は予備成形装置２と切断装置３との間において方向Ｙの他方側に配置されている。

予備成形装置２は、搬送された金属パイプ材料１４に予備成形を施すことによって、金属パイプ材料１４を所望の形状に変形させる装置である。ここでいう予備成形とは、成形装置１０にて金属パイプ８０を成形する前に金属パイプ材料１４に塑性変形を行うことである。予備成形としては、例えば曲げ加工、又は印圧加工等の種々の塑性加工が挙げられる。本実施形態では、予備成形装置２は、金属パイプ材料１４の所定位置に対して曲げ加工（プリベンド加工）を行う。したがって、予備成形装置２は、例えば金属パイプ材料１４を把持するための部品、及びこの把持された金属パイプ材料１４に圧力を加え曲げ加工を施すための部品等を有している。

成形装置１０は、予備成形された金属パイプ材料１４Ａ（図７（ｂ）参照）をブロー成形金型（金型）１３（図２参照）を用いて所望の形状に変形させることによって、金属パイプ８０を得る装置である。成形装置１０は、金属パイプ材料１４Ａの端部を保持するパイプ保持機構３０（図２参照）と、金属パイプ材料１４Ａに気体を供給して膨張させる一対の気体供給機構（気体供給部）４０，４０とを有している。一対の気体供給機構４０，４０は、成形装置１０の中心を挟んで方向Ｙに沿って配置されている。一対の気体供給機構４０，４０のそれぞれは、経路８を介して気体供給源４に接続されている。成形装置１０のさらなる構成の詳細及び成形装置１０による成形方法の詳細については、後に説明する。

切断装置３は、成形後の金属パイプ８０の少なくとも一部を切断することによって、金属パイプ９０を得る装置である。切断装置３によって金属パイプ８０を切断する方法として、例えばレーザ加工、プレス加工、又はワイヤーカット加工等の種々の切断加工が挙げられる。本実施形態では、切断装置３は、金属パイプ８０の成形されていない端部８０ｃ，８０ｄにレーザを照射して切断する。このレーザ切断によって形成された金属パイプ９０は、例えば研磨処理等を経て製品として出荷され得る。

気体供給源４は、経路８を介して一対の気体供給機構４０，４０に高圧ガスを供給する装置である。気体供給源４は、例えばコンプレッサー及びエアタンクを有しており、気体供給源４によって供給された高圧ガスを用いて、成形装置１０に設置された金属パイプ材料１４Ａの成形を行う（詳細は後に説明する）。高圧ガスとしては、例えば高圧の空気、又は高圧の窒素等が用いられる。

壁５は、方向Ｘにおいて成形装置１０と気体供給源４の間に設置され、方向Ｙに沿って延在するコンクリート製の壁である。成形装置１０を挟んで予備成形装置２と切断装置３との逆側に壁５を配置することによって、壁５と成形装置１０との方向Ｘにおける距離を近づけることができる。壁５は、例えば成形装置１０又は気体供給源４に支障が生じた際の防護壁としても活用され得る。

第１ハンドリング装置６は、金属パイプ材料１４Ａを予備成形装置２から成形装置１０へと搬送する装置である。第１ハンドリング装置６として、例えば多軸を有するロボットアーム、又はトランスファーフィーダー等が用いられる。本実施形態では、成形装置１０内の所定位置に金属パイプ材料１４Ａを設置する観点から、ロボットアームが用いられる。第１ハンドリング装置６は、金属パイプ材料１４Ａの搬送時に、当該金属パイプ材料１４Ａが成形装置１０の一方の気体供給機構４０と接触又は干渉しないように配置される。

第２ハンドリング装置７は、金属パイプ８０を成形装置１０から切断装置３へと搬送する装置である。第２ハンドリング装置７として、例えば多軸を有するロボットアーム、又はトランスファーフィーダー等が用いられる。本実施形態では、切断装置３内の所定位置に金属パイプ８０を設置する観点から、ロボットアームが用いられる。第２ハンドリング装置７は、成形装置１０の他方の気体供給機構４０が搬送される金属パイプ８０の邪魔にならないように配置される。

〈成形装置及びブロー機構の構成〉
図２は、成形装置及びブロー機構の概略構成図である。図２に示されるように、金属パイプ８０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スライド８２と、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させる駆動部８１と、上型１２と下型１１との間で金属パイプ材料１４Ａを保持するパイプ保持機構３０と、パイプ保持機構３０によって保持されている金属パイプ材料１４Ａ内部に高圧ガス（気体）を供給する一対の気体供給機構４０と、パイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４Ａに通電して加熱する加熱機構（加熱部）５０と、上記駆動部８１、上記パイプ保持機構３０、上記ブロー成形金型１３の動作、上記加熱機構５０を制御する制御部７０と、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えて構成されている。また、一対の気体供給機構４０は、高圧ガスを供給するブロー機構６０に接続されている。

制御部７０は、金属パイプ材料１４Ａが焼入れ温度（ＡＣ３変態点温度以上）に加熱されたときにブロー成形金型１３を閉じるとともに加熱された金属パイプ材料１４Ａに高圧ガスを吹込む等の一連の制御を行う。したがって、制御部７０は、パイプ保持機構３０及び加熱機構５０等に加えて、ブロー機構６０の動作を制御する。

下型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（凹部）１６を備える。更に下型１１の左右端（図１において左右端）近傍には電極収納スペース１１ａが設けられ、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１４Ａの下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図４（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４Ａが嵌り込むように載置可能とされている。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，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１７ｂ，１８ｂが形成されている。なお、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１４Ａ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、輻射温度計や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１２は、下面にキャビティ（凹部）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、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。本実施形態に係る駆動部８１は、スライド８２を移動させるための駆動力を発生させるサーボモータ８３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ず、例えば、スライド８２に駆動部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、上型１２のみが移動するものであるが、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。また、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。

また、上型１２の左右端（図２における左右端）近傍に設けられた電極収納スペース１２ａ内には、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１４Ａの上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａが形成されていて（図４（ｃ）参照）、当該凹溝１７ａ，１８ａに丁度金属パイプ材料１４Ａが嵌合可能とされている。また、第１，第２電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）は凹溝１７ａ，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１７ｂ，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１４Ａを上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４Ａ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３は、ブロー成形金型１３を側面方向から見た概略断面である。これは図２におけるIII-III線に沿うブロー成形金型１３の断面図であって、ブロー成形時の金型位置の状態が示されている。図３に示されるように、下型１１の上面には矩形状のキャビティ１６が形成されている。上型１２の下面には、下型１１のキャビティ１６と対向する位置に矩形状のキャビティ２４が形成されている。ブロー成形金型１３が閉じられた状態においては、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矩形状の空間であるメインキャビティ部ＭＣが形成される。図３（ａ）に示すように、メインキャビティ部ＭＣ内に配置された金属パイプ材料１４Ａは、膨張することによって図３（ｂ）に示すようにメインキャビティ部ＭＣの内壁面と接触し、当該メインキャビティ部ＭＣの形状（ここでは矩断面矩形状）に成形される。

図２に示されるように、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。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、第１，第２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４参照）。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、ブロー機構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。

加熱機構５０は、電源５１と、この電源５１から延びて第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、（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。

ブロー機構６０は、高圧ガス源６１と、この高圧ガス源６１によって供給された高圧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に介設されているオンオフ弁６８及び逆止弁６９とからなる。そして、ブロー機構６０における高圧ガス源６１及びアキュムレータ６２によって、図１に示される気体供給源４が構成されている。また、ブロー機構６０における第２チューブ６７、オンオフ弁６８及び逆止弁６９によって、図１に示される経路８が構成されている。本実施形態では、経路８は、第１チューブ６３、圧力制御弁６４及び切替弁６５を含んでいる。

圧力制御弁６４は、シール部材４４側から要求される押力に適応した作動圧力の高圧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。切替弁６５及びオンオフ弁６８等は、制御部７０によって制御される。

〈成形システムの作用〉
次に、成形システム１の作用について説明する。図５は材料としての金属パイプ材料１４Ａを投入するパイプ投入工程から、金属パイプ材料１４Ａ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（図７（ａ）参照）を準備する。この金属パイプ材料１４を予備成形装置２において保持し、金属パイプ材料１４に曲げ加工を施すことによって、金属パイプ材料１４Ａを得る（図７（ｂ）参照）。この金属パイプ材料１４Ａを、図５（ａ）に示すように、第１ハンドリング装置６（図１参照）により、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１４Ａが位置決めされる。次に、制御部７０（図２参照）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１４Ａを保持させる。具体的には、図５（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１４Ａ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に形成される凹溝１７ａ，１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４Ａ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１４Ａ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１４Ａ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２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１４Ａ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１４Ａに供給され、金属パイプ材料１４Ａに存在する抵抗により、金属パイプ材料１４Ａ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６は、成形装置によるブロー成形工程とその後の流れを示している。図６に示されるように、加熱後の金属パイプ材料１４Ａに対してブロー成形金型１３を閉じ、金属パイプ材料１４Ａ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１４Ａの両端をシールする（図４も併せて参照）。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４Ａ内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４Ａをキャビティの形状に沿うように変形させ、金属パイプ材料１４Ｂを得る。

金属パイプ材料１４Ａは高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しており、比較的低圧でブロー成形することができる。具体的には、高圧ガスとして、４ＭＰａで常温（２５℃）の圧縮空気を採用した場合、この圧縮空気は、密閉した金属パイプ材料１４Ａ内にて結果的に９５０℃付近まで加熱される。圧縮空気は熱膨張し、ボイル・シャルルの法則に基づき、約１６〜１７ＭＰａにまで達する。即ち、９５０℃の金属パイプ材料１４Ａを熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させ、金属パイプ材料１４Ｂを経て金属パイプ８０を得ることができる。

ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４Ｂ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１４Ｂ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。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８０に供給することによって冷却が行われる。

上述のように金属パイプ材料１４Ａ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、略矩形筒状のパイプ部８０ａ及び平板状のフランジ部８０ｂを有する金属パイプ８０を得る（図７（ｄ）参照）。

次に、図８を参照して、上型１２及び下型１１による成形の様子について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、成形途中の金属パイプ材料１４Ｂ及びブロー成形金型１３の型開き前における金属パイプ８０のパイプ部８０ａに対応する部分を「第１の成形部分１４ａ」と称し、フランジ部８０ｂに対応する部分を「第２の成形部分１４ｂ」と称する。

図８（ａ），（ｂ）に示されるように、本発明に係る成形装置１０において、ブロー成形は上型１２と下型１１とが完全に閉じた（クランプした）状態で行われているのでは無い。即ち一定の離間状態が保たれていることによって、メインキャビティ部ＭＣの横にサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２が形成されている状態でブロー成形が行われる。当該状態では、キャビティ２４の基準ラインＬＶ１における表面とキャビティ１６の基準ラインＬＶ２における表面との間にメインキャビティ部ＭＣが形成される。また、上型１２においてメインキャビティ部ＭＣより外側の第１突起１２ｂの表面と、下型１１においてメインキャビティ部ＭＣより外側の第１突起１１ｂの表面との間にはサブキャビティ部ＳＣ１が形成される。同様に、上型１２においてメインキャビティ部ＭＣより外側の第２突起１２ｃの表面と、下型１１においてメインキャビティ部ＭＣより外側の第２突起１１ｃの表面との間にはサブキャビティ部ＳＣ２が形成される。メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２とは互いに連通した状態となっている。また、本実施形態では、サブキャビティ部ＳＣ１を構成する上型１２の第１突起１２ｂの表面と下型１１の第１突起１１ｂの表面とは、互いに上下方向に離間した状態で上型１２及び下型１１の幅方向（図８においては紙面右側）における端部まで延びている。同様に、サブキャビティ部ＳＣ２を構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第２突起１１ｃの表面との各々は、互いに上下方向に離間した状態で上型１２及び下型１１の幅方向における端部（図８においては紙面左側）まで延びている。従って、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、金型外部と連通している。その結果、図８（ｂ）に示すように、加熱により軟化し且つ高圧ガスが注入された金属パイプ材料１４Ｂは、メインキャビティ部ＭＣのみならずサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の部分にまで入り込んで膨張する。

図８に示す例では、メインキャビティ部ＭＣは断面矩形状に構成されているため、金属パイプ材料１４Ａは当該形状に合わせてブロー成形されることにより、断面矩形筒状に成形される。なお、当該部分が、パイプ部８０ａとなる第１の成形部分１４ａに対応する。ただし、メインキャビティ部ＭＣの形状は特に限定されず、所望の形状に合わせて断面円形、断面楕円形、断面多角形等あらゆる形状を採用してもよい。また、メインキャビティ部ＭＣとサブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２とが連通しているため、金属パイプ材料１４Ｂの一部は、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２へ入り込む。当該部分が、押し潰されることによってフランジ部８０ｂとなる第２の成形部分１４ｂに該当する。

図８（ｃ）に示すように、ブロー成形後若しくはブロー成形の途中の段階で、離間している上型１２と下型１１とを接近させる。この動作によって、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の容積が小さくなり、第２の成形部分１４ｂの内部空間が消滅し、折りたたまれた状態となる。即ち、当該上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２内に入り込んでいる金属パイプ材料１４Ｂの第２の成形部分１４ｂがプレスされ押し潰される。その結果、金属パイプ材料１４Ｂの外周面に、当該金属パイプ材料１４Ｂの長手方向に沿うように押し潰された第２の成形部分１４ｂが成形される。なお、これらブロー成形からフランジ部８０ｂのプレス成形完了に至るまでの時間は、金属パイプ材料１４の種類にもよるが概ね１〜２秒程度で完了する。

図８に示す例では、サブキャビティ部ＳＣ１を構成する上型１２の第１突起１２ｂの表面と下型１１の第１突起１１ｂの表面との間には、押し潰された第２の成形部分１４ｂ（すなわちフランジ部８０ｂ）の厚さに対応する隙間が形成されている。同様に、サブキャビティ部ＳＣ２を構成する上型１２の第２突起１２ｃの表面と下型１１の第２突起１１ｃの表面との間には、押し潰された第２の成形部分１４ｂ（すなわちフランジ部８０ｂ）の厚さに対応する隙間が形成されている。当該状態においても、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は金型外部と連通した状態となっている。すなわち、図８に示す例では、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２は、金属パイプ８０のフランジ部８０ｂ（金属パイプ材料１４Ｂの第２の成形部分１４ｂ）の成形時において、成形開始から成形完了に至るまで、金型外部と連通している。これによって、成形開始から成形完了に至るまで、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２の空気が金型外部へ抜けることができるため、成形品の品質を向上できる。

また、ブロー成形後の上型１２と下型１１の接近によって、サブキャビティ部ＳＣ１，ＳＣ２内に入り込んでいる金属パイプ材料１４Ｂの第２の成形部分１４ｂのみならず、メインキャビティ部ＭＣ部分の金属パイプ材料１４Ｂの第１の成形部分１４ａも押し潰されることとなる。しかしながら、加熱されて軟化しているので型閉じするスピードや圧縮ガス等を調節することによって、弛みや捩れのない金属パイプ８０に仕上げることができる。

そして、このように得られた金属パイプ８０は、第２ハンドリング装置７を用いて金属パイプ８０を成形装置１０から切断装置３に搬送され、金属パイプ８０における膨張しなかった両方の端部８０ｃ，８０ｄが切断されることによって、成形品である金属パイプ９０を得る（図７（ｅ）参照）。

このように一連の処理を施す成形システム１によれば、予備成形装置２と、成形装置１０と、切断装置３とは、水平方向において一列に配置されておらず、平面視において例えばＶ字型又はＵ字型等に配置されている。具体的には、予備成形装置２と、成形装置１０と、切断装置３とを単に一列に配置する場合、平面視における成形システムが占有する領域の長手方向（方向Ｙ）の最大長さは約２１ｍとなり、当該領域の短手方向（方向Ｘ）の最大長さは約１３ｍとなり、これらの長さを乗じて求められた面積は約２７３ｍ^２となる。一方、平面視において本実施形態に係る成形システム１が占有する領域の長手方向の最大長さは約１７．５ｍとなり、当該領域の短手方向の最大長さは約１４ｍとなり、面積は約２４５ｍ^２となる。すなわち、予備成形装置２と、成形装置１０と、切断装置３とを単に一列に配置する場合に比して、成形システム１の敷地面積を小さくできる。

また、一対の気体供給機構４０，４０は、成形装置１０の中心を挟んで方向Ｙに沿って設けられていることにより、金属パイプ材料１４Ａが予備成形装置２から成形装置１０に搬送される際に、当該一対の気体供給機構４０，４０が金属パイプ材料１４Ａと干渉しないように、成形装置１０に対して予備成形装置２を配置することができる。

また、成形システム１は、金属パイプ材料１４Ａを予備成形装置２から成形装置１０に搬送する第１ハンドリング装置６を備え、第１ハンドリング装置６は、成形装置１０よりも方向Ｘの一方側に配置されると共に、予備成形装置２と切断装置３との間に配置されているため、搬送される金属パイプ材料１４Ａが成形装置１０の一方の気体供給機構４０に干渉しないように、金属パイプ材料１４Ａを搬送する第１ハンドリング装置６を配置することができる。同様に、成形システム１は、金属パイプ８０を成形装置１０から切断装置３に搬送する第２ハンドリング装置７を備え、第２ハンドリング装置７は、成形装置１０よりも方向Ｘの一方側に配置されると共に、第１ハンドリング装置６と切断装置３との間に配置されているため、成形装置１０の他方の気体供給機構４０が搬送される金属パイプ８０の邪魔にならないように、第２ハンドリング装置７を配置することができる。

また、成形システム１は、成形装置１０よりも方向Ｘの他方側に設けられる壁５と、壁５よりも方向Ｘの他方側に設けられ、気体供給機構４０に気体を供給する気体供給源４と、を備えているため、成形装置１０を挟んで予備成形装置２と切断装置３との逆側に壁５を配置でき、壁５と成形装置１０との方向Ｘにおける距離を近づけることができる。したがって、成形システム１の敷地面積を一層小さくできる。

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、上記実施形態における成形装置１０は加熱機構５０を必ずしも有していなくてもよい。金属パイプ材料１４Ａは、成形装置１０に設置された際にすでに加熱されていてもよい。この場合、パイプ保持機構３０は第１電極１７及び第２電極１８から構成されていなくてもよい。

また、上記実施形態における一対の気体供給機構４０，４０の両方が気体供給源４と接続されなくてもよく、一対の気体供給機構４０，４０の片方が気体供給源４と接続されていてもよい。これらの場合、一対の気体供給機構４０，４０のいずれか一方が、高圧ガスを排出する機構となっていてもよい。

また、上記実施形態においては、一対の気体供給機構４０，４０を成形装置１０の中心を挟んで方向Ｙに沿って設けるようにしているが、当該一対の気体供給機構４０，４０を一つにすることもできる。すなわち、この気体供給機構４０は、成形装置１０の中心から離間すると共に、方向Ｙに沿って設けられることになる。

また、上記実施形態における金属パイプ８０，９０にはフランジ部が設けられているが、成形システム１は、フランジ部が設けられない金属パイプを成形する場合にも適用できる。

１…成形システム、２…予備成形装置、３…切断装置、４…気体供給源、５…壁、６…第１ハンドリング装置（ハンドリング装置）、７…第２ハンドリング装置、１０…成形装置、１１…下型、１２…上型、１３…ブロー成形金型（金型）、１４，１４Ａ，１４Ｂ…金属パイプ材料、３０…パイプ保持機構、４０…気体供給機構（気体供給部）、５０…加熱機構、６０…ブロー機構、７０…制御部、８０，９０…金属パイプ、８０ａ…パイプ部、８０ｂ…フランジ部、８０ｃ，８０ｄ…端部、ＭＣ…メインキャビティ部、ＳＣ１，ＳＣ２…サブキャビティ部、Ｘ…方向（第１の方向）、Ｙ…方向（第２の方向）。

Claims (5)

1. 金属パイプを金型内で膨張させて成形する成形システムであって、
   金属パイプ材料を予備成形する予備成形装置と、
   予備成形され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、及び前記金型が取り付けられる本体部を有する成形装置と、
   成形後の前記金属パイプの少なくとも一部を切断する切断装置と、を備え、
   前記気体供給部は、平面視において前記予備成形装置と前記本体部とを結ぶ第１直線上、及び、平面視において前記切断装置と前記本体部とを結ぶ第２直線上に配置されないように設けられる、成形システム。
2. 前記成形装置の中心にて互いに直交する水平方向を第１の方向及び第２の方向とする場合、前記予備成形装置及び前記切断装置は、前記成形装置よりも前記第１の方向の一方側に配置されており、
   前記予備成形装置は、前記成形装置よりも前記第２の方向の一方側に配置されており、
   前記切断装置は、前記成形装置よりも前記第２の方向の他方側に配置されている、請求項１記載の成形システム。
3. 前記気体供給部は、前記成形装置の中心を挟んで前記第２の方向に沿って一対設けられている、請求項２記載の成形システム。
4. 前記金属パイプ材料を前記予備成形装置から前記成形装置に搬送するハンドリング装置を備え、
   前記ハンドリング装置は、前記成形装置よりも前記第１の方向の一方側に配置されると共に、前記予備成形装置と前記切断装置との間に配置されている、請求項３記載の成形システム。
5. 前記成形装置よりも前記第１の方向の他方側に設けられる壁と、
   前記壁よりも前記第１の方向の他方側に設けられ、前記気体供給部に前記気体を供給する気体供給源と、を備える請求項２〜４のいずれか一項記載の成形システム。

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