パイプの局所拡管成形方法、及び拡管部を有するパイプ
【課題】簡単な装置、方法で、座屈あるいは減肉、割れの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的に拡管部を形成することが可能なパイプの局所拡管成形方法を提供する。さらに座屈あるいは減肉、割れを伴わない張り出し量の大きい拡管部を有するパイプを提供する。
【解決手段】パイプ１を局所的に拡管し拡管部２を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、該パイプ１の軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部２を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面３から該パイプの外周面４に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部２を形成する。
【解決手段】パイプ１を局所的に拡管し拡管部２を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、該パイプ１の軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部２を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面３から該パイプの外周面４に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成する方法、及びその方法により製造された拡管部を有するパイプに関し、特に、座屈あるいは減肉、割れなどの不具合を生じることなく、パイプに拡管部を形成可能なパイプの局所拡管成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの輸送用機器では燃費向上を目的とし軽量化が強く望まれている。特に駆動軸部品では、ねじり荷重が支配的であり、軸中心部には大きな応力が発生しないことから、中実材ではなく中空パイプから希望する形状に成形すること、例えば拡管成形が望まれる。しかし、パイプに軸方向の力を加えることにより拡管しようとすると、座屈あるいは減肉、割れの不具合が生じ、困難である。
【０００３】
この問題を解決する成形方法として、チューブ・ハイドロフォーミング（ＴＨＦ）がある。これは、パイプ内部に気体や液体を満たし、これに荷重を加えることによりパイプ内部表面から外側に圧力を加えた状態で成形することにより、座屈・減肉・割れなどの成形不具合を生じさせない方法である。しかしながら、この方法は成形装置が特殊となり生産コストが高いこと、そして、成形中にパイプ内部に液体や気体を充填させるため密閉する必要があり、金型構造が複雑になるという課題がある。さらに、パイプの肉厚が減少するという減肉を防ぐことは困難である。
【０００４】
この問題を解決するもう一つの方法として、成形前にパイプ内部にバックアップ材を充填したのちに成形する方法があり、その一つがロストコア法である（例えば特許文献１参照）。これは、低融点合金を加熱しパイプ内部に充填したのちに冷却し凝固させる。これをパイプ内部のバックアップ材として用いることにより成形中の座屈を防ぐ。成形後にはパイプを加熱し低融点合金を取り除く方法である。しかし、この方法は充填・除去作業や加熱・冷却作業が必要となり、工程が複雑になるという問題がある。
【０００５】
また、ベローズ管の膨拡部を形成する方法として、割型ポンチを使用する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。従来ベローズ管の膨拡部の形成には、ゴムバルジ成形法が用いられていたが、ここで使用するウレタンゴムの消耗が激しく、またウレタンゴム交換に時間を要していた。これに対して特許文献２に記載の手法は、割型ポンチの予備膨拡形成部を、押圧部材で拡径させることによって、管を内周面から外周方向に押圧変更させるとするものである。
【特許文献１】特開２００１−３３４３１７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、チューブ・ハイドロフォーミングは、座屈、割れなどの成形不具合を生じさせない方法であるが、成形装置が特殊となり生産コストが高いこと、そして、成形中にパイプ内部に液体や気体を充填させるため密閉する必要があり、金型構造が複雑になる。またロストコア法は、成形中の座屈を防ぐことは可能であるが、バックアップ材の充填・除去作業や加熱・冷却作業が必要となり、工程が複雑になる。
【０００７】
また特許文献２に記載の割型ポンチを用いる手段は、チューブ・ハイドロフォーミング、ロストコア法のようにパイプの内部に充填物を充填する必要がないものの、拡管量が小さく、減肉を十分に抑制することができない。以上のことから、簡単な装置、工程で、座屈あるいは減肉、割れの不具合を生じさせることなく、中空パイプに局所的に拡管部を形成することが可能な技術の開発が待たれている。特に張り出し量の大きい拡管部を形成しようとすると、座屈あるいは減肉、割れが生じやすく、座屈あるいは減肉、割れを生じさせることなく、張り出し量の大きい拡管部を形成することができれば、利用先が大いに広がる。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な装置、方法で、座屈あるいは減肉、割れの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的に拡管部を形成することが可能なパイプの局所拡管成形方法を提供することにある。さらに座屈あるいは減肉、割れを伴わない張り出し量の大きい拡管部を有するパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１０】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該パイプの軸方向に圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１１】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し、該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１２】
また本発明で、前記パイプの半径方向に加える荷重は、前記拡管部を形成する部分が前記パイプの軸線に平行になるように行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１３】
また本発明は、前記拡管部を形成する部分であって、前記パイプの半径方向に荷重を加えることなく前記パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、
前記パイプの半径方向に荷重を加える操作は、該座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１４】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１５】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１６】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、該パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１７】
また本発明で、前記円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、前記パイプの拡管部に挟持され、前記拡管部と一体となることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１８】
また本発明で、前記円柱体は、中空材又は中実材であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１９】
また本発明は、前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプである。
【００２０】
また本発明は、前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプであって、前記拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が、１．８〜２．０であることを特徴とする拡管部を有するパイプである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成するので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２２】
また本発明は、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、例えば半径方向パンチを用いて、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加えるので、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がない。このためチューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法などに比較して簡単に拡管部を形成することができる。またパイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がなく、後処理も簡単である。
【００２３】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、パイプに軸方向の圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００２４】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対し、パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００２５】
また本発明によれば、パイプの半径方向に加える荷重は、拡管部を形成する部分がパイプの軸線に平行になるように行うので、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的に拡管部を形成することができる。また簡単にパイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２６】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、拡管部を形成する部分であって、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、パイプの半径方向に荷重を加える操作は、座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うので、確実に座屈を防止することができる。
【００２７】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加え円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対し、パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成するので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２８】
また本発明は、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填し、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がないので、簡単にパイプに局所的拡管を形成することができる。さらに、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がないので、後処理が簡単である。
【００２９】
また本発明は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対しパイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００３０】
また本発明は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対しパイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００３１】
また本発明によれば、円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、パイプの拡管部に挟持され、拡管部と一体となるので、拡管部の剛性が向上し、変形量を小さくすることができる。
【００３２】
また本発明によれば、円柱体は、中空材又は中実材であるので、安価でまた容易に入手することができる。これにより、簡単にパイプに局所的に拡管を形成することができる。
【００３３】
また本発明によれば、請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が１．８〜２．０であるので、従来の拡管成形方法を用いて形成した拡管部に比較して張り出し量が大きい。
【００３４】
パイプの軸方向に加える加圧力と、パイプの半径方向に力を加える加圧力又はパイプの内側に設置された円柱体に軸方向の力を加える加圧力とを、互いに独立して制御することにより、成形性が向上する。よって素材に複数の荷重を加えることが可能な多軸成形加工機を用いることで、より効率的に局所的拡管部を有するパイプを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明のパイプに局所的に拡管部を形成する方法の一例として、張り出し量の大きな拡管部を形成する方法を、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、パイプの一部を示した部分断面図である。第一ステップとして、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプの拡管しようとする部分に対して、パイプの内周面から外周面に向かって半径方向の荷重を加える。図１（ａ）は、第一ステップであるパイプ１の軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ１の拡管しようとする部分２に対して、半径方向パンチでパイプの内周面３から外周面４に向かって半径方向の荷重を加えている様子を示す図である。パイプの内周面から外周面に向かって半径方向の荷重を加えることで、座屈を抑制することが可能となり、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えることで、減肉を抑制することができる。これにより座屈、減肉を生じることなく、パイプに拡管部を形成することができる。
【００３６】
上記第一ステップは、パイプ全体に半径方向の荷重を加える必要がなく、拡管部を形成する部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加えるので、従来のチューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填し、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がない。このため簡単にパイプに局所的に拡管部を形成することができる。さらに、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がないので、後処理が簡単である。
【００３７】
上記第一ステップにより拡管部を形成することはできるが、この段階では拡管部の張り出し量は小さいので、張り出し量の大きい拡管を得るには、続いて第二ステップとして、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、及び／又は第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作が必要となる。パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作は、パイプの両端５、６からパイプの軸線に平行に圧縮荷重を加えることで実現できる。また、拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作は、拡管の両側部７、８にパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えることで実現できる。
【００３８】
第二ステップでは、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、又はパイプの半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作のいずれか１方の操作を行えばよい。パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、及び第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作の両方を同時に行えば、より効率的に所望の拡管を形成することができる。
【００３９】
図１（ｂ）は、第二ステップであるパイプ１の半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対し、パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えるために、サイドパンチでパイプの拡管部２の両側面７、８に荷重を加えながら、半径方向パンチを引き抜いている様子を示す図である。図１（ｃ）も第二ステップであるパイプ１の半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えている様子を示す図である。なお、図１（ａ）〜図１（ｃ）中、一点鎖線は、パイプ１の中心線９であり、パイプ１、半径方向パンチは、パイプの中心線９を中心に軸対称である。
【００４０】
第二ステップにより、第一ステップで形成された張り出し量の少ない拡管部がさらに半径方向（外側）に張り出す。第二ステップでは、半径方向に荷重を加えないけれども、第一ステップにおいて、すでに張り出し量が少ないながらも拡管部が形成されているので、パイプの軸線方向にのみ圧縮荷重を加える操作、及び／又は第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作により、座屈を生じることなく張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００４１】
以上の二つのステップにより、座屈、減肉、割れなどの不具合がなく、張り出し量の大きい局所的な拡管部を有するパイプを製造することができる。なお、張り出し量の少ない拡管部を形成する場合にあっては、第一ステップのみでよいことは上記の通りである。本発明における成形法で用いるパイプとは、内部が中空で，材料は金属であり，その断面は円形であるものを基本とし，材料は塑性変形を可能とするものであればよい。
【００４２】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えると座屈が生じることを示すシミュレーション結果である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、パイプ１００の一部を示す部分断面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）中、１０１がパイプの外周面、１０２が内周面、１０４が拡管部、１０５がパイプの中心線である。図１０（ａ）は、軸方向に荷重を加える前の状態を示す図である。図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）は、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えたときの様子を示す図であり、座屈が生じることが分かる。
【００４３】
本発明のパイプの局所拡管成形方法にあっては、第一ステップでパイプの拡管しようとする部分に対して、パイプの内周面から外周面に向かって半径方向に加える荷重は、必ずしも拡管しようとする部分全体に加える必要はない。パイプの軸方向に荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置にのみ、半径方向の荷重を加えてもよい。これにより座屈、減肉等を抑制することが可能なことは、有限要素法を用いたシミュレーションでも確認している。
【００４４】
図２は、本発明のパイプの局所拡管成形方法において、拡管する部分の一部に半径方向の荷重を加える様子を示す図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。図１では、図１（ａ）に示すように、パイプ１の拡管する部分２の全体に、半径方向パンチで荷重を加えているが、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、パイプ１の拡管する部分２の一部に、半径方向パンチで半径方向の荷重を加えている。なお、軸線方向に荷重を加えながら、半径方向に荷重を加えていることは図１（ａ）と同様である。またパイプ１、半径方向パンチは、パイプの中心線９を中心に軸対称である。
【００４５】
図２（ａ）は、荷重を加える前の状態を示す図である。図２（ａ）において、半径方向パンチが加える荷重の位置は、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置である。図２（ｂ）、図２（ｃ）は、軸線方向に荷重を加えながら、半径方向に荷重を加えている様子を示す図である。このように必ずしもパイプを拡管させる部分２の全体に荷重を加える必要はなく、座屈の屈曲が生じると予測される位置に半径方向パンチを配置し、パイプ１に軸線方向の荷重を加えながら、半径方向パンチを徐々に半径方向に拡大する方向に移動させることで、座屈、減肉などのない拡管部を形成することができる。パイプに軸方向のみの荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置の推定は、有限要素法を用いたシミュレーションで行うことができる。
【００４６】
図２で示した座屈の屈曲が生じる可能性がある箇所近傍に半径方向パンチを配置し、この半径方向パンチで拡管部を徐々に半径方向に拡大するとき、拡管部分が平行になるように拡管させていく必要がある。ここで拡管部分が平行になるように拡管させるとは、座屈のモードが発生していない状態、すなわち拡管部がパイプの軸線に対して波打っていない状態を言う。図１１（ａ）、１１（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、半径パンチで拡管部を拡管するとき、拡管部がパイプの軸線（中心線）に対して平行に拡管されないときのパイプの状況をシミュレーションした図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、パイプ１００の一部を示す部分断面図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）中、１０１がパイプの外周面、１０２が内周面である。
【００４７】
図１１（ａ）は、半径方向パンチ１０３で拡管部１０４を半径方向に拡管するとき、荷重のタイミングが遅れて、拡管部１０３がパイプの軸線（中心線）１０５に対して平行になっていない状態を示す図である。図１１（ａ）から分かるように、拡管部１０４がパイプの軸線１０５に対して波打った状態となっている。図１１（ａ）に示すように、パイプ内周面１０２と半径方向パンチ１０３との間に隙間が生じた場合などに起こる、半径方向パンチ１０３で半径方向に加える荷重のタイミングが遅れると、拡管部１０４がパイプの軸線１０５に平行になるように拡管されないため、引き続き拡管操作を行うと図１１（ｂ）に示すように拡管部１０４に座屈あるいは割れが発生することを示している。
【００４８】
次に本発明のパイプの局所拡管成形方法に利用可能な金型の一例を図３に示す。なお、図３に示す金型は、一例を示すだけでこれに限定されるものではない。
【００４９】
図３（ａ）に示す第一可動金型は、パイプ１に対して軸方向の荷重を加える二つの可動型１０ａ、１０ｂと、パイプ１に対して半径方向の荷重を加えるパンチ１１からなる。可動型１０ａは一端１２ａに、パイプ１の一端６を押圧可能な立設部１４ａを有し、他端１５ａは傾斜面となっている。可動型１０ｂも同様に、一端１２ｂに、パイプ１の一端５を押圧可能な立設部１４ｂを有し、他端１５ｂは傾斜面となっている。パンチ１１は、パイプ１と当接する当接部１６が断面円弧状であり、可動型の傾斜面と略同一の傾斜面１７ａ、１７ｂを有する。パンチ１１は、可動型１０ａと１０ｂとの間に配設され、割型となっている。
【００５０】
可動型１０ａ、１０ｂにパイプ１を取付け、図示を省略したプレス機などで、可動型１０ａ、１０ｂがお互いに接近するように荷重を加えると、可動型１０ａ、１０ｂに取付けられたパイプ１には、可動型１０ａの立設部１４ａ、可動型１０ｂの立設部１４ｂを通じて、軸線方向に圧縮荷重が加わる。同時に可動型１０ａ、１０ｂが近接することで、可動型１０ａと１０ｂとの間に配設されているパンチ１１は、可動型１０ａ、１０ｂによりパイプ１方向に押し出され、パンチ１１の当接部１６が、パイプ１に対しパイプ１の内周面３から外周面４に向かって荷重を加える。このように可動型１０ａ、１０ｂとパンチ１１とで、パイプ１に対し軸線方向の圧縮荷重と半径方向の荷重とを同時に加えることができる。よって本金型を用いて、本発明のパイプの局所拡管成形方法の第一ステップを行うことができる。
【００５１】
図３（ｂ）に示す第二可動金型は、パイプ１に対して軸方向の荷重、及び拡管部に荷重を加える二つの可動型２０ａ、２０ｂからなる。可動型２０ａ、２０ｂは、パイプ１に対して軸方向の荷重を加えるとともに、拡管部２に対して拡管部２の幅が狭まる方向にも荷重を加える。可動型２０ａは、パイプの一端６を押圧可能な立設部２１ａを有するとともに、パイプの拡管部２に対し、拡管部２の側面８を押圧可能な押圧部２２ａを有する。可動型２０ｂも可動型２０ａと同様に、パイプの一端５を押圧可能な立設部２１ｂを有するとともに、パイプの拡管部２に対し、拡管部の側面７を押圧可能な押圧部２２ｂを有する。
【００５２】
図３（ａ）に示した第一可動金型を用いて、パイプ１に局所的に拡管部を形成した後、このパイプを図３（ｂ）に示す第二可動金型に取付け、図示を省略したプレス機で、第二可動金型がお互いに接近するように荷重を加えると、第二可動金型に取付けられたパイプ１には、可動型２０ａの立設部２１ａ、可動型２０ｂの立設部２１ｂを通じて、軸線方向に圧縮荷重が加わる。同時に可動型２０ａ、２０ｂが近接することで、可動型２０ａの押圧部２２ａと、可動型２０ｂの押圧部２２ｂとが、軸線方向（中心線）９に平行に、パイプの拡大部の距離を狭めるように、荷重を加えることができる。よって本金型を用いて本発明のパイプの局所的拡管成形方法の第二ステップを行うことができる。
【００５３】
この他、パイプに荷重を加えるために使用する金型は、パイプの軸方向に荷重を加えるための金型と半径方向に荷重を加える金型が、別々の金型であってもよいことはもちろんである。パイプの半径方向に荷重を加える金型である半径方向パンチは、パイプの内部に挿入、抜き出し可能で、パイプの内周面からパイプの外周面に向かって荷重を加えることが可能なパンチであれば、特に種類は問われないけれども、円周方向に略均一に荷重を加えることが可能なパンチであることが望ましい。例えば、特開平７−３２０５２号公報に示されるような割型、又は特開２００１−１１３３１８号公報に示されるような割りポンチを使用することができる。
【００５４】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の一形態としてのパイプの局所拡管成形方法を示す図である。この方法は、拡管部２を形成しようとするパイプ１内部に、成形すべきパイプより内径が小さく長さが短いパイプ３０を配置し（図４（ａ））、二つのパイプ１、３０に対して、軸方向の荷重を加えることにより、座屈を防ぎながら局所的に拡管部を形成する。この方法をここでは、便宜上２重管方式と呼ぶ。拡管部２を形成しようとするパイプ１に軸方向の荷重を加えると同時に、内側のパイプ３０にも軸方向の荷重を加え、内側のパイプ３０を圧縮変形させることで、拡管部２を形成しようとするパイプ１に対し、パイプ１の内周面から外周面方向に向かって荷重を加えることができる（図４（ｂ））。
【００５５】
このとき内部のパイプ３０は、外部のパイプ１の座屈を抑制する働きをする。内部のパイプ３０が、外部のパイプ１を内側から外側へ押していくタイミングは、外側のパイプ１の拡管部２が軸方向に平行となるようにすることが重要であり、これにより成形途中の座屈や減肉を抑制することができる。拡管部２を成形後は、内部に配置したパイプ３０は、圧接され外部のパイプ１と一体となり（図４（ｃ））、強度あるいは剛性を向上させる役割を持つ。
【００５６】
図５は、拡管部全体に外圧荷重を加えたときの変位―耐荷重曲線をシミュレーションした結果を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。なお図５（ａ）〜図５（ｄ）中、パイプ１、パイプ３０は、パイプの中心線９を中心に軸対称である。図５（ａ）は２重管方式を用いることなく拡管部２を成形した拡管部の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡管部２に荷重を加えているときの様子を示すシミュレーションの結果である。図５（ｃ）は２重管方式を用いて拡管部２を成形した拡管部の断面図である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）の拡管部２に荷重を加えているときの様子を示すシミュレーションの結果である。図５（ａ）と図５（ｃ）との拡管部２の幅Ｌは、同じである。図５（ｅ）は、変位量と耐荷重の関係をシミュレーションした結果を示す図であり、横軸は変位量、縦軸は耐荷重値を示す。図５（ｅ）に示すように２重管方式で製造した拡管部は、２重管方式でない方式で製造した拡管部に比較して、同一の変位量を与えるに必要な荷重が約１．５ＭＮ大きくなっている。この結果から２重管方式で成形した拡管部は、剛性が向上していることが分かる。
【００５７】
図４では、２重管方式として、拡管部を形成しようとするパイプ１の内側にパイプ３０を挿入する例を示したけれども、拡管部を形成しようとするパイプ１の内側に挿入可能なものはパイプに限定されない。拡管部を形成しようとするパイプ１の内側に挿入可能な部材は、軸線方向に圧縮荷重が加えられると圧縮変形し、圧縮変形することで拡管部を形成しようとするパイプに対し、内周面から外周面に向かって荷重を加えることができるものであればよい。このとき、拡管部を形成しようとするパイプ１に対し、内周面から外周面に向かって加える荷重は、円周方向で略均一であることが好ましい。よってパイプ以外にも、円柱形状の中実材を使用することができる。
【００５８】
パイプの軸方向に加える圧縮荷重と、パイプの半径方向に力を加える荷重又はパイプの内側に設置された円柱体に軸方向の力を加える加圧力とを、互いに独立して制御することにより、成形性が向上する。よって素材に複数の荷重を加えることが可能な多軸成形加工機を用いることで、より効率的に局所拡管部を有するパイプを製造することができる。
【００５９】
（実施例）本発明の実施例を次ぎに示す。
図６（ａ）に示すように、外径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ８０ｍｍの材質ＳＴＫＭ１１Ａのパイプ１を供試パイプとした。また供試パイプ１の内側に外径１４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２１ｍｍの材質ＳＴＫＭ１１Ａのパイプ３０を、供試パイプ１の中心軸と中心軸が一致するように設置した。第一ステップとして、図６（ｂ）に示すように、供試パイプ１と供試パイプ１の内部に設置したパイプ３０に同時に軸方向の圧縮荷重を加えた。これにより内部に設置したパイプ３０が圧縮変形し、供試パイプ１に対して内周面から外周面に向かって半径方向に荷重を加えることができる。
【００６０】
次に、第二ステップとして図６（ｃ）に示すように、半径方向の荷重を加えることなく、供試パイプ１の拡管部２に対して軸線（パイプ１の中心線）に平行に圧縮荷重を加えた。これにより座屈、減肉、割れのない局所的に拡管部を有するパイプを得た。
【００６１】
図７（ａ）は、本実施例のパイプ１の外観を示す図であり、図７（ａ）は、供試パイプ１（素材）の外形を示す図である。図７（ｂ）は、第一ステップ終了時の供試パイプ１の外観を示す図である。ここでは拡管部２の張り出し量があまり大きくないことが分かる。図７（ｃ）は、第二ステップ終了後の供試パイプ１の外観を示す図である。図７（ｂ）に比較して図７（ｃ）では、拡管部２の張り出し量が大きくなっていることが分かる。また図８は、第二ステップ終了後、つまり供試パイプ１に張り出し量の大きい拡管部を形成した後、供試パイプ１を縦断面で切断した断面図である。図８は、２重管方式によるパイプ拡管成形法において成形された成形品には、拡管部２および内部のパイプ３０に割れなどの不具合がなく、両者が一体となって圧着されていることを示している。
【００６２】
図９は、本実施例で得られた拡管の形状を説明するための図である。パイプの外径をＤ０、成形後の拡管部の外径をＤとすると、本実施例で得られた拡管部の形状は、張り出し量Ｄ／Ｄ０が１．８〜２．０であった。またパイプの厚さをｔ、成形後の拡管部の幅をＬとすると、張り出し幅Ｌ／Ｌ０＝Ｌ／（２×ｔ）が２．１５であった。これらの値は従来の製造方法で製造された拡管に比較して非常に大きな値となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法を説明するための図であって、パイプの一部を示した部分断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法において、拡管する部分の一部に半径方向の荷重を加える様子を示す図であって、パイプの一部を示す部分断面図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法に利用可能な金型の概略的構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の一形態としてのパイプの局所拡管成形方法を示す図である。
【図５】図５は、拡管部全体に外圧荷重を加えたときの変位―耐荷重曲線をシミュレーションした結果を示す図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明の実施例であり、パイプに局所的に拡管を形成している状態を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の実施例で得られた局所的拡管を有するパイプの外観図である。
【図８】本発明の実施例で得られた供試パイプを縦断面で切断した断面図である。
【図９】本発明の実施例で得られた拡管の形状を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えるときのパイプの状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、１１（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、半径パンチで拡管部を拡管するとき、拡管部がパイプの軸線に対して平行に拡管されないときのパイプに状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ パイプ
２ 拡管部
３ 内周面
４ 外周面
５、６ パイプの一端
７、８ 拡管部の側部
９ 軸線（中心軸）
１０、２０ 可動型
１１ パンチ
３０ 他のパイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成する方法、及びその方法により製造された拡管部を有するパイプに関し、特に、座屈あるいは減肉、割れなどの不具合を生じることなく、パイプに拡管部を形成可能なパイプの局所拡管成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの輸送用機器では燃費向上を目的とし軽量化が強く望まれている。特に駆動軸部品では、ねじり荷重が支配的であり、軸中心部には大きな応力が発生しないことから、中実材ではなく中空パイプから希望する形状に成形すること、例えば拡管成形が望まれる。しかし、パイプに軸方向の力を加えることにより拡管しようとすると、座屈あるいは減肉、割れの不具合が生じ、困難である。
【０００３】
この問題を解決する成形方法として、チューブ・ハイドロフォーミング（ＴＨＦ）がある。これは、パイプ内部に気体や液体を満たし、これに荷重を加えることによりパイプ内部表面から外側に圧力を加えた状態で成形することにより、座屈・減肉・割れなどの成形不具合を生じさせない方法である。しかしながら、この方法は成形装置が特殊となり生産コストが高いこと、そして、成形中にパイプ内部に液体や気体を充填させるため密閉する必要があり、金型構造が複雑になるという課題がある。さらに、パイプの肉厚が減少するという減肉を防ぐことは困難である。
【０００４】
この問題を解決するもう一つの方法として、成形前にパイプ内部にバックアップ材を充填したのちに成形する方法があり、その一つがロストコア法である（例えば特許文献１参照）。これは、低融点合金を加熱しパイプ内部に充填したのちに冷却し凝固させる。これをパイプ内部のバックアップ材として用いることにより成形中の座屈を防ぐ。成形後にはパイプを加熱し低融点合金を取り除く方法である。しかし、この方法は充填・除去作業や加熱・冷却作業が必要となり、工程が複雑になるという問題がある。
【０００５】
また、ベローズ管の膨拡部を形成する方法として、割型ポンチを使用する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。従来ベローズ管の膨拡部の形成には、ゴムバルジ成形法が用いられていたが、ここで使用するウレタンゴムの消耗が激しく、またウレタンゴム交換に時間を要していた。これに対して特許文献２に記載の手法は、割型ポンチの予備膨拡形成部を、押圧部材で拡径させることによって、管を内周面から外周方向に押圧変更させるとするものである。
【特許文献１】特開２００１−３３４３１７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、チューブ・ハイドロフォーミングは、座屈、割れなどの成形不具合を生じさせない方法であるが、成形装置が特殊となり生産コストが高いこと、そして、成形中にパイプ内部に液体や気体を充填させるため密閉する必要があり、金型構造が複雑になる。またロストコア法は、成形中の座屈を防ぐことは可能であるが、バックアップ材の充填・除去作業や加熱・冷却作業が必要となり、工程が複雑になる。
【０００７】
また特許文献２に記載の割型ポンチを用いる手段は、チューブ・ハイドロフォーミング、ロストコア法のようにパイプの内部に充填物を充填する必要がないものの、拡管量が小さく、減肉を十分に抑制することができない。以上のことから、簡単な装置、工程で、座屈あるいは減肉、割れの不具合を生じさせることなく、中空パイプに局所的に拡管部を形成することが可能な技術の開発が待たれている。特に張り出し量の大きい拡管部を形成しようとすると、座屈あるいは減肉、割れが生じやすく、座屈あるいは減肉、割れを生じさせることなく、張り出し量の大きい拡管部を形成することができれば、利用先が大いに広がる。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な装置、方法で、座屈あるいは減肉、割れの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的に拡管部を形成することが可能なパイプの局所拡管成形方法を提供することにある。さらに座屈あるいは減肉、割れを伴わない張り出し量の大きい拡管部を有するパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１０】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該パイプの軸方向に圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１１】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し、該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１２】
また本発明で、前記パイプの半径方向に加える荷重は、前記拡管部を形成する部分が前記パイプの軸線に平行になるように行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１３】
また本発明は、前記拡管部を形成する部分であって、前記パイプの半径方向に荷重を加えることなく前記パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、
前記パイプの半径方向に荷重を加える操作は、該座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１４】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１５】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１６】
また本発明は、パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、該パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法である。
【００１７】
また本発明で、前記円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、前記パイプの拡管部に挟持され、前記拡管部と一体となることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１８】
また本発明で、前記円柱体は、中空材又は中実材であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法である。
【００１９】
また本発明は、前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプである。
【００２０】
また本発明は、前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプであって、前記拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が、１．８〜２．０であることを特徴とする拡管部を有するパイプである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成するので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２２】
また本発明は、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、例えば半径方向パンチを用いて、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加えるので、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がない。このためチューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法などに比較して簡単に拡管部を形成することができる。またパイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がなく、後処理も簡単である。
【００２３】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、パイプに軸方向の圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００２４】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、拡管部を形成する少なくとも一部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対し、パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００２５】
また本発明によれば、パイプの半径方向に加える荷重は、拡管部を形成する部分がパイプの軸線に平行になるように行うので、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的に拡管部を形成することができる。また簡単にパイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２６】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、拡管部を形成する部分であって、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、パイプの半径方向に荷重を加える操作は、座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うので、確実に座屈を防止することができる。
【００２７】
また本発明のパイプの局所拡管成形方法は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加え円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対し、パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成するので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。
【００２８】
また本発明は、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填し、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がないので、簡単にパイプに局所的拡管を形成することができる。さらに、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がないので、後処理が簡単である。
【００２９】
また本発明は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対しパイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプに半径方向の荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００３０】
また本発明は、パイプの拡管部を形成する部分でありパイプの内側に円柱体を設置し、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて円柱体を変形させ、変形する円柱体によりパイプに対しパイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、第一工程に続き、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、第一工程で形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、第一工程で形成した拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、を含むので、膨出による材料の不足を補うことが可能となり、座屈、減肉、割れなどの不具合を生じさせることなく、パイプに局所的拡管を形成することができる。また、張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００３１】
また本発明によれば、円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、パイプの拡管部に挟持され、拡管部と一体となるので、拡管部の剛性が向上し、変形量を小さくすることができる。
【００３２】
また本発明によれば、円柱体は、中空材又は中実材であるので、安価でまた容易に入手することができる。これにより、簡単にパイプに局所的に拡管を形成することができる。
【００３３】
また本発明によれば、請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が１．８〜２．０であるので、従来の拡管成形方法を用いて形成した拡管部に比較して張り出し量が大きい。
【００３４】
パイプの軸方向に加える加圧力と、パイプの半径方向に力を加える加圧力又はパイプの内側に設置された円柱体に軸方向の力を加える加圧力とを、互いに独立して制御することにより、成形性が向上する。よって素材に複数の荷重を加えることが可能な多軸成形加工機を用いることで、より効率的に局所的拡管部を有するパイプを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明のパイプに局所的に拡管部を形成する方法の一例として、張り出し量の大きな拡管部を形成する方法を、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、パイプの一部を示した部分断面図である。第一ステップとして、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプの拡管しようとする部分に対して、パイプの内周面から外周面に向かって半径方向の荷重を加える。図１（ａ）は、第一ステップであるパイプ１の軸方向に圧縮荷重を加えながら、パイプ１の拡管しようとする部分２に対して、半径方向パンチでパイプの内周面３から外周面４に向かって半径方向の荷重を加えている様子を示す図である。パイプの内周面から外周面に向かって半径方向の荷重を加えることで、座屈を抑制することが可能となり、パイプの軸方向に圧縮荷重を加えることで、減肉を抑制することができる。これにより座屈、減肉を生じることなく、パイプに拡管部を形成することができる。
【００３６】
上記第一ステップは、パイプ全体に半径方向の荷重を加える必要がなく、拡管部を形成する部分に、パイプの内周面からパイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加えるので、従来のチューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填し、パイプの内部全体を加圧し半径方向に荷重を加える必要がない。このため簡単にパイプに局所的に拡管部を形成することができる。さらに、チューブ・ハイドロフォーミング、又はロストコア法のように、パイプ内部に気体、液体、又は低溶融金属を充填する必要がないので、後処理が簡単である。
【００３７】
上記第一ステップにより拡管部を形成することはできるが、この段階では拡管部の張り出し量は小さいので、張り出し量の大きい拡管を得るには、続いて第二ステップとして、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、及び／又は第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作が必要となる。パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作は、パイプの両端５、６からパイプの軸線に平行に圧縮荷重を加えることで実現できる。また、拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作は、拡管の両側部７、８にパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えることで実現できる。
【００３８】
第二ステップでは、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、又はパイプの半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作のいずれか１方の操作を行えばよい。パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸線方向に圧縮荷重を加える操作、及び第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作の両方を同時に行えば、より効率的に所望の拡管を形成することができる。
【００３９】
図１（ｂ）は、第二ステップであるパイプ１の半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対し、パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えるために、サイドパンチでパイプの拡管部２の両側面７、８に荷重を加えながら、半径方向パンチを引き抜いている様子を示す図である。図１（ｃ）も第二ステップであるパイプ１の半径方向に荷重を加えることなく、第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えている様子を示す図である。なお、図１（ａ）〜図１（ｃ）中、一点鎖線は、パイプ１の中心線９であり、パイプ１、半径方向パンチは、パイプの中心線９を中心に軸対称である。
【００４０】
第二ステップにより、第一ステップで形成された張り出し量の少ない拡管部がさらに半径方向（外側）に張り出す。第二ステップでは、半径方向に荷重を加えないけれども、第一ステップにおいて、すでに張り出し量が少ないながらも拡管部が形成されているので、パイプの軸線方向にのみ圧縮荷重を加える操作、及び／又は第一ステップで形成された拡管部に対しパイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加える操作により、座屈を生じることなく張り出し量の大きい拡管部を形成することができる。
【００４１】
以上の二つのステップにより、座屈、減肉、割れなどの不具合がなく、張り出し量の大きい局所的な拡管部を有するパイプを製造することができる。なお、張り出し量の少ない拡管部を形成する場合にあっては、第一ステップのみでよいことは上記の通りである。本発明における成形法で用いるパイプとは、内部が中空で，材料は金属であり，その断面は円形であるものを基本とし，材料は塑性変形を可能とするものであればよい。
【００４２】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えると座屈が生じることを示すシミュレーション結果である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、パイプ１００の一部を示す部分断面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）中、１０１がパイプの外周面、１０２が内周面、１０４が拡管部、１０５がパイプの中心線である。図１０（ａ）は、軸方向に荷重を加える前の状態を示す図である。図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）は、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えたときの様子を示す図であり、座屈が生じることが分かる。
【００４３】
本発明のパイプの局所拡管成形方法にあっては、第一ステップでパイプの拡管しようとする部分に対して、パイプの内周面から外周面に向かって半径方向に加える荷重は、必ずしも拡管しようとする部分全体に加える必要はない。パイプの軸方向に荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置にのみ、半径方向の荷重を加えてもよい。これにより座屈、減肉等を抑制することが可能なことは、有限要素法を用いたシミュレーションでも確認している。
【００４４】
図２は、本発明のパイプの局所拡管成形方法において、拡管する部分の一部に半径方向の荷重を加える様子を示す図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。図１では、図１（ａ）に示すように、パイプ１の拡管する部分２の全体に、半径方向パンチで荷重を加えているが、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、パイプ１の拡管する部分２の一部に、半径方向パンチで半径方向の荷重を加えている。なお、軸線方向に荷重を加えながら、半径方向に荷重を加えていることは図１（ａ）と同様である。またパイプ１、半径方向パンチは、パイプの中心線９を中心に軸対称である。
【００４５】
図２（ａ）は、荷重を加える前の状態を示す図である。図２（ａ）において、半径方向パンチが加える荷重の位置は、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置である。図２（ｂ）、図２（ｃ）は、軸線方向に荷重を加えながら、半径方向に荷重を加えている様子を示す図である。このように必ずしもパイプを拡管させる部分２の全体に荷重を加える必要はなく、座屈の屈曲が生じると予測される位置に半径方向パンチを配置し、パイプ１に軸線方向の荷重を加えながら、半径方向パンチを徐々に半径方向に拡大する方向に移動させることで、座屈、減肉などのない拡管部を形成することができる。パイプに軸方向のみの荷重を加えたときに座屈の屈曲が生じると予測される位置の推定は、有限要素法を用いたシミュレーションで行うことができる。
【００４６】
図２で示した座屈の屈曲が生じる可能性がある箇所近傍に半径方向パンチを配置し、この半径方向パンチで拡管部を徐々に半径方向に拡大するとき、拡管部分が平行になるように拡管させていく必要がある。ここで拡管部分が平行になるように拡管させるとは、座屈のモードが発生していない状態、すなわち拡管部がパイプの軸線に対して波打っていない状態を言う。図１１（ａ）、１１（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、半径パンチで拡管部を拡管するとき、拡管部がパイプの軸線（中心線）に対して平行に拡管されないときのパイプの状況をシミュレーションした図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、パイプ１００の一部を示す部分断面図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）中、１０１がパイプの外周面、１０２が内周面である。
【００４７】
図１１（ａ）は、半径方向パンチ１０３で拡管部１０４を半径方向に拡管するとき、荷重のタイミングが遅れて、拡管部１０３がパイプの軸線（中心線）１０５に対して平行になっていない状態を示す図である。図１１（ａ）から分かるように、拡管部１０４がパイプの軸線１０５に対して波打った状態となっている。図１１（ａ）に示すように、パイプ内周面１０２と半径方向パンチ１０３との間に隙間が生じた場合などに起こる、半径方向パンチ１０３で半径方向に加える荷重のタイミングが遅れると、拡管部１０４がパイプの軸線１０５に平行になるように拡管されないため、引き続き拡管操作を行うと図１１（ｂ）に示すように拡管部１０４に座屈あるいは割れが発生することを示している。
【００４８】
次に本発明のパイプの局所拡管成形方法に利用可能な金型の一例を図３に示す。なお、図３に示す金型は、一例を示すだけでこれに限定されるものではない。
【００４９】
図３（ａ）に示す第一可動金型は、パイプ１に対して軸方向の荷重を加える二つの可動型１０ａ、１０ｂと、パイプ１に対して半径方向の荷重を加えるパンチ１１からなる。可動型１０ａは一端１２ａに、パイプ１の一端６を押圧可能な立設部１４ａを有し、他端１５ａは傾斜面となっている。可動型１０ｂも同様に、一端１２ｂに、パイプ１の一端５を押圧可能な立設部１４ｂを有し、他端１５ｂは傾斜面となっている。パンチ１１は、パイプ１と当接する当接部１６が断面円弧状であり、可動型の傾斜面と略同一の傾斜面１７ａ、１７ｂを有する。パンチ１１は、可動型１０ａと１０ｂとの間に配設され、割型となっている。
【００５０】
可動型１０ａ、１０ｂにパイプ１を取付け、図示を省略したプレス機などで、可動型１０ａ、１０ｂがお互いに接近するように荷重を加えると、可動型１０ａ、１０ｂに取付けられたパイプ１には、可動型１０ａの立設部１４ａ、可動型１０ｂの立設部１４ｂを通じて、軸線方向に圧縮荷重が加わる。同時に可動型１０ａ、１０ｂが近接することで、可動型１０ａと１０ｂとの間に配設されているパンチ１１は、可動型１０ａ、１０ｂによりパイプ１方向に押し出され、パンチ１１の当接部１６が、パイプ１に対しパイプ１の内周面３から外周面４に向かって荷重を加える。このように可動型１０ａ、１０ｂとパンチ１１とで、パイプ１に対し軸線方向の圧縮荷重と半径方向の荷重とを同時に加えることができる。よって本金型を用いて、本発明のパイプの局所拡管成形方法の第一ステップを行うことができる。
【００５１】
図３（ｂ）に示す第二可動金型は、パイプ１に対して軸方向の荷重、及び拡管部に荷重を加える二つの可動型２０ａ、２０ｂからなる。可動型２０ａ、２０ｂは、パイプ１に対して軸方向の荷重を加えるとともに、拡管部２に対して拡管部２の幅が狭まる方向にも荷重を加える。可動型２０ａは、パイプの一端６を押圧可能な立設部２１ａを有するとともに、パイプの拡管部２に対し、拡管部２の側面８を押圧可能な押圧部２２ａを有する。可動型２０ｂも可動型２０ａと同様に、パイプの一端５を押圧可能な立設部２１ｂを有するとともに、パイプの拡管部２に対し、拡管部の側面７を押圧可能な押圧部２２ｂを有する。
【００５２】
図３（ａ）に示した第一可動金型を用いて、パイプ１に局所的に拡管部を形成した後、このパイプを図３（ｂ）に示す第二可動金型に取付け、図示を省略したプレス機で、第二可動金型がお互いに接近するように荷重を加えると、第二可動金型に取付けられたパイプ１には、可動型２０ａの立設部２１ａ、可動型２０ｂの立設部２１ｂを通じて、軸線方向に圧縮荷重が加わる。同時に可動型２０ａ、２０ｂが近接することで、可動型２０ａの押圧部２２ａと、可動型２０ｂの押圧部２２ｂとが、軸線方向（中心線）９に平行に、パイプの拡大部の距離を狭めるように、荷重を加えることができる。よって本金型を用いて本発明のパイプの局所的拡管成形方法の第二ステップを行うことができる。
【００５３】
この他、パイプに荷重を加えるために使用する金型は、パイプの軸方向に荷重を加えるための金型と半径方向に荷重を加える金型が、別々の金型であってもよいことはもちろんである。パイプの半径方向に荷重を加える金型である半径方向パンチは、パイプの内部に挿入、抜き出し可能で、パイプの内周面からパイプの外周面に向かって荷重を加えることが可能なパンチであれば、特に種類は問われないけれども、円周方向に略均一に荷重を加えることが可能なパンチであることが望ましい。例えば、特開平７−３２０５２号公報に示されるような割型、又は特開２００１−１１３３１８号公報に示されるような割りポンチを使用することができる。
【００５４】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の一形態としてのパイプの局所拡管成形方法を示す図である。この方法は、拡管部２を形成しようとするパイプ１内部に、成形すべきパイプより内径が小さく長さが短いパイプ３０を配置し（図４（ａ））、二つのパイプ１、３０に対して、軸方向の荷重を加えることにより、座屈を防ぎながら局所的に拡管部を形成する。この方法をここでは、便宜上２重管方式と呼ぶ。拡管部２を形成しようとするパイプ１に軸方向の荷重を加えると同時に、内側のパイプ３０にも軸方向の荷重を加え、内側のパイプ３０を圧縮変形させることで、拡管部２を形成しようとするパイプ１に対し、パイプ１の内周面から外周面方向に向かって荷重を加えることができる（図４（ｂ））。
【００５５】
このとき内部のパイプ３０は、外部のパイプ１の座屈を抑制する働きをする。内部のパイプ３０が、外部のパイプ１を内側から外側へ押していくタイミングは、外側のパイプ１の拡管部２が軸方向に平行となるようにすることが重要であり、これにより成形途中の座屈や減肉を抑制することができる。拡管部２を成形後は、内部に配置したパイプ３０は、圧接され外部のパイプ１と一体となり（図４（ｃ））、強度あるいは剛性を向上させる役割を持つ。
【００５６】
図５は、拡管部全体に外圧荷重を加えたときの変位―耐荷重曲線をシミュレーションした結果を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。なお図５（ａ）〜図５（ｄ）中、パイプ１、パイプ３０は、パイプの中心線９を中心に軸対称である。図５（ａ）は２重管方式を用いることなく拡管部２を成形した拡管部の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡管部２に荷重を加えているときの様子を示すシミュレーションの結果である。図５（ｃ）は２重管方式を用いて拡管部２を成形した拡管部の断面図である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）の拡管部２に荷重を加えているときの様子を示すシミュレーションの結果である。図５（ａ）と図５（ｃ）との拡管部２の幅Ｌは、同じである。図５（ｅ）は、変位量と耐荷重の関係をシミュレーションした結果を示す図であり、横軸は変位量、縦軸は耐荷重値を示す。図５（ｅ）に示すように２重管方式で製造した拡管部は、２重管方式でない方式で製造した拡管部に比較して、同一の変位量を与えるに必要な荷重が約１．５ＭＮ大きくなっている。この結果から２重管方式で成形した拡管部は、剛性が向上していることが分かる。
【００５７】
図４では、２重管方式として、拡管部を形成しようとするパイプ１の内側にパイプ３０を挿入する例を示したけれども、拡管部を形成しようとするパイプ１の内側に挿入可能なものはパイプに限定されない。拡管部を形成しようとするパイプ１の内側に挿入可能な部材は、軸線方向に圧縮荷重が加えられると圧縮変形し、圧縮変形することで拡管部を形成しようとするパイプに対し、内周面から外周面に向かって荷重を加えることができるものであればよい。このとき、拡管部を形成しようとするパイプ１に対し、内周面から外周面に向かって加える荷重は、円周方向で略均一であることが好ましい。よってパイプ以外にも、円柱形状の中実材を使用することができる。
【００５８】
パイプの軸方向に加える圧縮荷重と、パイプの半径方向に力を加える荷重又はパイプの内側に設置された円柱体に軸方向の力を加える加圧力とを、互いに独立して制御することにより、成形性が向上する。よって素材に複数の荷重を加えることが可能な多軸成形加工機を用いることで、より効率的に局所拡管部を有するパイプを製造することができる。
【００５９】
（実施例）本発明の実施例を次ぎに示す。
図６（ａ）に示すように、外径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ８０ｍｍの材質ＳＴＫＭ１１Ａのパイプ１を供試パイプとした。また供試パイプ１の内側に外径１４ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ２１ｍｍの材質ＳＴＫＭ１１Ａのパイプ３０を、供試パイプ１の中心軸と中心軸が一致するように設置した。第一ステップとして、図６（ｂ）に示すように、供試パイプ１と供試パイプ１の内部に設置したパイプ３０に同時に軸方向の圧縮荷重を加えた。これにより内部に設置したパイプ３０が圧縮変形し、供試パイプ１に対して内周面から外周面に向かって半径方向に荷重を加えることができる。
【００６０】
次に、第二ステップとして図６（ｃ）に示すように、半径方向の荷重を加えることなく、供試パイプ１の拡管部２に対して軸線（パイプ１の中心線）に平行に圧縮荷重を加えた。これにより座屈、減肉、割れのない局所的に拡管部を有するパイプを得た。
【００６１】
図７（ａ）は、本実施例のパイプ１の外観を示す図であり、図７（ａ）は、供試パイプ１（素材）の外形を示す図である。図７（ｂ）は、第一ステップ終了時の供試パイプ１の外観を示す図である。ここでは拡管部２の張り出し量があまり大きくないことが分かる。図７（ｃ）は、第二ステップ終了後の供試パイプ１の外観を示す図である。図７（ｂ）に比較して図７（ｃ）では、拡管部２の張り出し量が大きくなっていることが分かる。また図８は、第二ステップ終了後、つまり供試パイプ１に張り出し量の大きい拡管部を形成した後、供試パイプ１を縦断面で切断した断面図である。図８は、２重管方式によるパイプ拡管成形法において成形された成形品には、拡管部２および内部のパイプ３０に割れなどの不具合がなく、両者が一体となって圧着されていることを示している。
【００６２】
図９は、本実施例で得られた拡管の形状を説明するための図である。パイプの外径をＤ０、成形後の拡管部の外径をＤとすると、本実施例で得られた拡管部の形状は、張り出し量Ｄ／Ｄ０が１．８〜２．０であった。またパイプの厚さをｔ、成形後の拡管部の幅をＬとすると、張り出し幅Ｌ／Ｌ０＝Ｌ／（２×ｔ）が２．１５であった。これらの値は従来の製造方法で製造された拡管に比較して非常に大きな値となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法を説明するための図であって、パイプの一部を示した部分断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法において、拡管する部分の一部に半径方向の荷重を加える様子を示す図であって、パイプの一部を示す部分断面図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法に利用可能な金型の概略的構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の一形態としてのパイプの局所拡管成形方法を示す図である。
【図５】図５は、拡管部全体に外圧荷重を加えたときの変位―耐荷重曲線をシミュレーションした結果を示す図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、パイプの一部を示す部分断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明の実施例であり、パイプに局所的に拡管を形成している状態を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の実施例で得られた局所的拡管を有するパイプの外観図である。
【図８】本発明の実施例で得られた供試パイプを縦断面で切断した断面図である。
【図９】本発明の実施例で得られた拡管の形状を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、パイプの半径方向に荷重を加えることなく、パイプの軸方向に荷重を加えるときのパイプの状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、１１（ｂ）は、本発明のパイプの局所拡管成形方法の比較例であって、半径パンチで拡管部を拡管するとき、拡管部がパイプの軸線に対して平行に拡管されないときのパイプに状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ パイプ
２ 拡管部
３ 内周面
４ 外周面
５、６ パイプの一端
７、８ 拡管部の側部
９ 軸線（中心軸）
１０、２０ 可動型
１１ パンチ
３０ 他のパイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項２】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該パイプの軸方向に圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項３】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し、該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項４】
前記パイプの半径方向に加える荷重は、前記拡管部を形成する部分が前記パイプの軸線に平行になるように行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項５】
前記拡管部を形成する部分であって、前記パイプの半径方向に荷重を加えることなく前記パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、
前記パイプの半径方向に荷重を加える操作は、該座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項６】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項７】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項８】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、該パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項９】
前記円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、前記パイプの拡管部に挟持され、前記拡管部と一体となることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項１０】
前記円柱体は、中空材又は中実材であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項１１】
前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプ。
【請求項１２】
前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプであって、前記拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が、１．８〜２．０であることを特徴とする拡管部を有するパイプ。
【請求項１】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項２】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該パイプの軸方向に圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項３】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該パイプ全体に半径方向の荷重を加えることなく、該拡管部を形成する少なくとも一部分に、該パイプの内周面から該パイプの外周面に向かう半径方向の荷重を加え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し、該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項４】
前記パイプの半径方向に加える荷重は、前記拡管部を形成する部分が前記パイプの軸線に平行になるように行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項５】
前記拡管部を形成する部分であって、前記パイプの半径方向に荷重を加えることなく前記パイプの軸方向に圧縮荷重を加えると、座屈の屈曲が生じると予測される部分を算出し、
前記パイプの半径方向に荷重を加える操作は、該座屈の屈曲が生じると予測される部分に行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項６】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成することを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項７】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項８】
パイプを局所的に拡管し拡管部を形成するパイプの局所拡管成形方法であって、
該パイプの該拡管部を形成する部分であり該パイプの内側に円柱体を設置し、
該パイプの軸方向に圧縮荷重を加えながら、該円柱体に軸方向の圧縮荷重を加えて該円柱体を変形させ、変形する該円柱体により該パイプに対し該パイプの内周面から外周面に向かう力を与え、パイプに局所的に拡管部を形成する第一工程と、
該第一工程に続き、該パイプの半径方向に荷重を加えることなく、該第一工程で形成された該拡管部に対し該パイプの軸方向と平行な圧縮荷重を加えながら、該パイプの軸方向にも圧縮荷重を加え、該第一工程で形成した該拡管部の張り出し量を大きくする第二工程と、
を含むことを特徴とするパイプの局所拡管成形方法。
【請求項９】
前記円柱体は、軸方向の圧縮荷重を加えられ変形した後は、前記パイプの拡管部に挟持され、前記拡管部と一体となることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項１０】
前記円柱体は、中空材又は中実材であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１に記載のパイプの局所拡管成形方法。
【請求項１１】
前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプ。
【請求項１２】
前記請求項１から１０のいずれか１に記載の方法により局所的に形成された拡管部を有するパイプであって、前記拡管部は、成形前のパイプの外径Ｄ０に対する拡管部の外径Ｄの比Ｄ／Ｄ０が、１．８〜２．０であることを特徴とする拡管部を有するパイプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３２６６６２（Ｐ２００６−３２６６６２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６６５２（Ｐ２００５−１５６６５２）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（５９１０７９４８７）広島県 (101)
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（５９１０７９４８７）広島県 (101)
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