屈曲金属管部材及びその製造方法
【課題】曲げ加工部位の内部に樹脂が充填された屈曲金属管部材の座屈に対する強度を向上させ、かつ生産性を向上させることができる屈曲金属管部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】屈曲金属管部材３０に充填された発泡樹脂３１は、低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有し、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設する。発泡させることにより発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′として、低密度発泡部３１ａ′と高密度発泡部３１ｂ′とを有するものを用いる。曲げ加工工程でのワーク３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に発泡用樹脂３１′を配設した後、ワーク３０′を曲げ加工すると同時に、高密度発泡部３１ｂ′が曲げ内側に、低密度発泡部３１ａ′が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂３１′を位置決めする。そして最後に、発泡用樹脂３１′を発泡させる。
【解決手段】屈曲金属管部材３０に充填された発泡樹脂３１は、低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有し、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設する。発泡させることにより発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′として、低密度発泡部３１ａ′と高密度発泡部３１ｂ′とを有するものを用いる。曲げ加工工程でのワーク３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に発泡用樹脂３１′を配設した後、ワーク３０′を曲げ加工すると同時に、高密度発泡部３１ｂ′が曲げ内側に、低密度発泡部３１ａ′が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂３１′を位置決めする。そして最後に、発泡用樹脂３１′を発泡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材及びその製造方法に関し、金属加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屈曲金属管部材は、例えば車両においては、サイドフレーム、レインフォースメント、クロスメンバ等として利用されているが、このような屈曲金属管部材の製造方法として、特許文献１には、曲げ加工が施される前のワークの曲げ加工予定部位に発泡樹脂を一端側から挿入することにより充填した後、ワークを発泡樹脂と共に曲げ加工するものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３５３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１に記載の方法（第１の方法）においては、ワークの内部に発泡樹脂が充填されている状態で曲げ加工することとなるので、ワークの曲げ加工に要する力が大きくなる、すなわち曲げ加工性が悪化するという問題がある。
【０００５】
そこで、ワークの曲げ加工後に、発泡樹脂を挿入配置する方法（第２の方法）が考えられるが、このような方法の場合、ワークが既に屈曲しているので、発泡樹脂を挿入しにくく、あるいは挿入できない。
【０００６】
ここで、屈曲金属管部材は、車両においては前述のようにフレーム等に利用されているが、他車両との前突や後突時等に圧縮方向（軸線方向）に衝撃荷重が作用すると、曲げ加工部位において座屈が生じる虞がある。この座屈を抑制するには、例えば発泡樹脂を高密度化してその強度を高くすることが考えられるが、このようにすると、前記特許文献１に記載の第１の方法の場合、ワークの曲げ加工性が一層悪化し、第２の方法の場合、発泡樹脂を一層挿入しにくくなり、あるいは挿入できなくなる。
【０００７】
そこで、本発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の座屈に対する強度を向上させ、かつ生産性を向上させることができる屈曲金属管部材及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材であって、前記発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有し、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の製造方法であって、発泡させることにより前記発泡樹脂となる発泡用樹脂として、低密度発泡部と高密度発泡部とを有するものを用い、ワークを曲げ加工する曲げ加工工程と、前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部に、前記発泡用樹脂を配設する配設工程と、前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部において、高密度発泡部が曲げ内側に、低密度発泡部が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂を位置決めする位置決め工程と、前記配設工程、位置決め工程、及び曲げ加工工程の実行後に行われ、前記発泡用樹脂を発泡させる発泡工程とを有していることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記配設工程は、前記曲げ加工工程の実行前に行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項２または請求項３に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記発泡工程は、前記発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板を配設した状態で行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記配設工程を、前記曲げ加工工程の実行前に行う場合に、前記発泡用樹脂として、中心線に沿って形成され、かつ中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張した貫通孔を有するものを用いると共に、前記仕切り板に両端側が支持され、かつ前記発泡用樹脂の貫通孔に挿通されて、該発泡用樹脂を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材を用い、前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂の貫通孔に前記心材を挿通した状態で行うことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記曲げ加工工程を熱間曲げ加工により前記配設工程の実行後に行う場合に、前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂がワークの内面に対して浮くように前記仕切り板及び心線で支持した状態で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１６】
まず、請求項１に記載の発明によれば、曲げ加工部位の内部に配設された発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有しており、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されているから、屈曲金属管部材の曲げ加工部位の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材の座屈に対する強度が向上すると共に、全てを高密度化する場合よりも樹脂の使用量が抑制されることとなる。すなわち、コストの高い樹脂の使用量を抑制しつつ、座屈変形に対する強度を上げることができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、ワークにおける曲げ加工がされた部位の内部に、曲げ内側に高密度発泡部が、曲げ外側に低密度発泡部が位置するように前記発泡用樹脂が配設された状態で、前記発泡用樹脂が発泡されることとなる。つまり、曲げ加工時にはワークの内部に発泡樹脂（発泡済の樹脂）が充填されていない状態であるので、曲げ加工が阻害されることがなく、生産性が向上することとなる。また、発泡用樹脂は、発泡後の樹脂よりも体積が小さくかつ柔らかいので、ワーク内に容易に挿入することができる。また、発泡用樹脂は、発泡後の樹脂密度が曲げ外側よりも曲げ内側の方が高密度となるので、屈曲金属管部材の曲げ加工部位の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材の座屈に対する強度が向上することとなる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、配設工程は、曲げ加工工程の実行前に行われるから、すなわち、ワークが曲がっていない状態で行われるから、発泡用樹脂の挿入を容易に行うことができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明によれば、発泡工程は、発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板が配設された状態で行なわれるので、発泡用樹脂が仕切り板で区画された空間内でのみ発泡することとなる。したがって、仕切り板の配設位置を適宜設定することにより、発泡用樹脂が発泡することにより生成される発泡樹脂の密度を所望の密度にコントロールすることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、ワーク内に配設された仕切り板に両端側が支持された心材が、ワークの曲げ加工時にこれに追従して曲げ変形することとなる。その場合に、この心材が挿通される発泡用樹脂の貫通孔の中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張しているから、発泡用樹脂は、心材の前記曲げ変形に伴って低密度発泡部側が曲げ外側となるように心材を中心として回転することとなる。すなわち、発泡用樹脂を、低密度発泡部側が曲げ外側に、高密度発泡部側が曲げ内側となるように確実かつ簡単な方法で配設することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明によれば、曲げ加工を、前記発泡用樹脂をワークの曲げ加工予定部位の内部に配設した状態で熱間曲げ加工により行う場合に、前記発泡用樹脂をワークの内面に対して浮かせた状態で行うから、発泡用樹脂にワークから曲げ加工時の熱が伝達されにくく、発泡用樹脂が発泡前に変質したり、不用意に発泡したりするのが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る屈曲金属管部材３０の平面図、図１（ｂ）は、この屈曲金属管部材３０に設けられた曲げ加工部３０Ｒの拡大水平断面図である。この屈曲金属管部材３０は、円管状の部材で、曲げ加工部３０Ｒを有しており、この曲げ加工部３０Ｒの内部には、発泡樹脂３１が充填されている。
【００２３】
この充填された発泡樹脂３１は、樹脂密度が異なる低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有し、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設されている。なお、発泡樹脂３１をその中心線方向に貫通する心材４１、及び発泡樹脂３１の中心線方向両側に設けられている仕切り板４２，４２は、本製品を形成する際に用いられた治具４０が残置されたものである。
【００２４】
このように曲げ加工部の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材は、車両のフロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、バンパーレインフォースメント、ダッシュクロスメンバ、ショットガン、ルーフサイドレインフォースメント等、車両のフレーム部材や骨格部材に使用され得る。
【００２５】
次に、この屈曲金属管部材３０の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、概要について説明すると、この屈曲金属管部材３０は、図２に示すように、ワークとしての金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に、発泡することにより前記発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′を、治具４０を利用して配置した後、後述する熱間曲げ加工装置１にセットして曲げ加工を行い、その後、金属管３０′を別ラインの電着乾燥工程で発泡用樹脂３１′を発泡させることにより製造される。以下、詳しく説明する。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、発泡することによる前記発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′の断面等を示している。なお、（ａ）図は軸方向に沿う断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢印Ａで示す端面図、（ｃ）は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。発泡用樹脂３１′は、金属管３０′よりも径が小さい円柱形状をしており、断面半円形状で低密度発泡用の低密度発泡部３１ａ′と、同じく断面半円形状で高密度発泡用の高密度発泡部３１ｂ′とを有し、これらが貼りあわされることにより形成されている。発泡用樹脂３１′には、中心線に沿うように貫通孔３１ｃ′が形成されている。この貫通孔３１ｃ′は、（ａ）図に矢印γで示すように、中心線方向両端間において中間部分が低密度発泡部３１ｃ′側に円弧状に拡張し、これにより中間部分では（ｃ）図に示されるように長孔状となっている。なお、各発泡部３１ａ′，３１ｂ′は、基材樹脂と未発泡の発泡剤とを混合することにより固体状に生成されたものである。そして、この例においては、低密度発泡部３１ｃ′と高密度発泡部３１ｂ′とはほぼ同体積となっているが、低密度発泡部３１ｃ′は高密度発泡部３１ｂ′よりも基材樹脂が少なく、発泡剤が多く混合されている。
【００２８】
図２、図３（ａ）に示すように、治具４０は、発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′に挿通されて、発泡用樹脂３１′を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材４１と、該心材４１の一端側に、発泡用樹脂３１′の中心線方向の長さよりも所定量長い間隔を開けて取り付けられた仕切り板４２，４２とを有している。
【００２９】
そして、金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部への発泡用樹脂３１′の配設は、図２に示すように治具４０に発泡用樹脂３１′を取り付けた状態で、後述する金属管保持装置１０により把持されることとなる端部側から、心材４１を操作して金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部にまで仕切り板４２，４２ごと押し込むことにより行う（特許請求の範囲における配設工程に相当する）。
【００３０】
なお、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、仕切り板４２，４２は、所定の厚みを有し、周縁部の平坦面４２ａ，４２ａが金属管３０′の内面に対向しているが、外径は、金属管３０′内面に対して摺動可能な程度に、つまり金属管３０′の曲げ加工予定位置３０Ｙ′まで挿入可能なように金属管３０′の内径よりも微量小さくされている。また、。心材４１は、仕切り板４２，４２面に対して直行した状態で保たれるように圧入等により堅固に固着されている。また、心線４１は、金属管３０′内に仕切り板４２，４２を挿入する際、仕切り板４２，４２の周縁部と金属管３０′の内面との摺動抵抗により曲げ変形しない程度の剛性を有している。また、心材４１の長さは、発泡用樹脂３１′及び仕切り板４２，４２が曲げ加工予定部位３０Ｙ′に位置した状態において、熱間曲げ加工装置１の金属管保持装置１０が、仕切り板４２，４２が設けられたのとは反対側の端部を把持可能な長さとされている。
【００３１】
図４は、熱間曲げ加工装置１の全体構成を示す斜視図である。
【００３２】
この熱間曲げ加工装置１は、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用するもので、水平方向に延びるワークとしての金属管３０′の終端部を保持する金属管保持装置１０を有する。保持装置１０は軌道１１の上を移動自在に構成されている。保持装置１０の前方には、上流側から、固定ローラ１２…１２、誘導加熱コイル１３、冷却水噴射装置１４、及び可動ローラ１５，１５がこの順に配設されている。なお、金属管３０′の内部には、前記治具４０及び発泡用樹脂３１′を予め所定位置に配設しておく（なお、図４は曲げ加工後の状態を示している）。
【００３３】
固定治具としての固定ローラ１２…１２は、前後２段階に金属管３０′を両側から挟み付けて金属管３０′の送給方向を決定する。また、金属管３０′の内部に配設された治具４０の心材４１の一端を把持する。
【００３４】
加熱装置としての誘導加熱コイル１３は、金属管３０′を取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺において金属管３０′を局部的に所定温度（金属管３０′の塑性変形可能かつ焼入れ可能温度）に加熱する。
【００３５】
急冷装置としての冷却水噴射装置１４は、金属管３０′を取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺においてノズルから金属管３０′に冷却水を局部的に噴射して金属管３０′を急冷する。
【００３６】
可動治具としての可動ローラ１５，１５は、ハウジング１６に収容されて金属管３０′を両側から挟み付ける。そして、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と同じ方向（ｘ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と水平方向に直行する方向（ｙ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と垂直方向に直行する方向（ｚ軸方向）に移動自在、ｙ軸周りに回動自在、及びｚ軸周りに回動自在に構成されている。そして、これらの動きが組み合わされて、可動ローラ１５，１５は、固定ローラ１２…１２の金属管送給方向に対して傾動し、これにより金属管３０′に曲げ応力を与えて、該金属管３０′を誘導加熱コイル１３で加熱された部位（後述するように曲げ加工予定部位３０Ｙ′）において曲げ加工する。
【００３７】
図５は、この熱間曲げ加工装置１の制御システム図である。この曲げ加工装置１は、前記保持装置１０を軌道１１上で移動させるための（換言すれば金属管３０′を送給するための）金属管送給アクチュエータ２１、前記誘導加熱コイル１３、前記冷却水噴射装置１４、前記可動ローラ１５，１５をｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動させるためのアクチュエータ２２，２３，２４、及びｙ軸周り、ｚ軸周りに回動させるためのアクチュエータ２５，２６に制御信号を出力して、この曲げ加工装置１が行う金属管３０′の熱間曲げ加工動作を統括制御するコントロールユニット２０を備えている。
【００３８】
図５は、この熱間曲げ加工装置１が行う金属管３０′の熱間曲げ加工動作の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【００３９】
まず、図５（ａ）に示すように、金属管３０′は、固定ローラ１２…１２及び可動ローラ１５，１５を通過して送給される。そして、その送給に伴い、予め決定された金属管３０′の曲げ加工予定部位（３０Ｙ′とする）が誘導加熱コイル１３に近づいて来る。
【００４０】
そして、図５（ｂ）に示すように、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部が誘導加熱コイル１３に入ると、誘導加熱コイル１３が作動して、該曲げ加工予定部位３０Ｙ′だけが、局部的に、金属管３０′の塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱される（図中ドットを施した部分）。
【００４１】
なお、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部が誘導加熱コイル１３に入ったことの判定は、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工予定部位３０Ｙ′の金属管３０′における位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管３０′の送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部を金属管３０′の表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４２】
そして、誘導加熱コイル１３による曲げ加工予定部位３０Ｙ′の加熱が開始すると、図５（ｃ）に示すように、可動ローラ１５が固定ローラ１２の金属管送給方向に対して傾動する。これにより、金属管３０′に曲げ応力が加えられて、誘導加熱コイル１３で加熱された部位、すなわち曲げ加工予定部位３０Ｙ′において金属管３０′が曲げ加工される。
【００４３】
しかも、同じく図５（ｃ）に示すように、誘導加熱コイル１３による曲げ加工予定部位３０Ｙ′の加熱が開始し、可動ローラ１５による曲げ加工が開始すると、冷却水噴射装置１４が作動して、加熱され曲げ加工された曲げ加工部位３０Ｒ′が、局部的に、冷却される。これにより、曲げ加工部位３０Ｒ′が焼入れされて、曲げ加工と同時に金属管３０′の強度が高められることになる。
【００４４】
そして、図５（ｄ）に示すように、曲げ加工部位３０Ｒ′の後端部が誘導加熱コイル１３から出た後は、誘導加熱コイル１３の作動、可動ローラ１５の傾動、及び冷却水噴射装置１４の作動が停止して、金属管３０′の曲げ加工及び焼入れが終了することとなる。
【００４５】
なお、曲げ加工部位３０Ｒ′の後端部が誘導加熱コイル１３から出たことの判定も、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工予定部位３０Ｙ′の金属管３０′における位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管３０′の送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の後端部を金属管３０′の表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、図５（ｃ）で示すように、金属管３０′が曲がり始めた場合、次のような状態が発生する。すなわち、仕切り板４２，４２の外径は、前述したように金属管３０′の内径に対して摺動可能な程度に微量小さくされているだけであると共に、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように仕切り板４２，４２は周縁部の平坦面４２ａ，４２ａが金属管３０′の内面に対接しているので、金属管３０′が曲がり始めても、仕切り板４２，４２は、金属管３０′の内面に対して直交した状態を保とうとする。したがって、心線４１にも金属管３０′と同じ曲げ変更方向に曲げ力が加わると、図７（ｄ）に示すように、心線４１が、金属管３０′の曲げ加工に追従して曲げ変形することとなる。その場合に、この心材４１が挿通される発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′の中心線方向の中間部が低密度発泡部３１ａ′側に拡張しているから、図７（ｂ）に示すように、例えば、発泡用樹脂３１′の低密度発泡部３１ａが曲げ方向外側（本図における横方向）に、高密度発泡部３１ｂが曲げ方向内側に位置していない場合、矢印αで示すように、心材４１が貫通孔３１ｃ′の内面を矢印αで示すように押し、その結果、発泡用樹脂３１′は、矢印βで示すように心材４１を中心として回転し、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側となるように位置することとなる。つまり、発泡用樹脂３１′は、曲げ加工と同時に、高密度発泡部３１ｂ′が曲げ内側に、低密度発泡部３１ｃ′が曲げ外側に位置するように位置決めされることとなる（特許請求の範囲における位置決め工程に相当する）。
【００４７】
なお、図５（ｂ）に示すように金属管３０′に対する加熱が開始された場合に、金属管３０′自体は誘導加熱により熱せられるが、図７（ａ）に示すように、仕切り板４２，４２はその内部に存在しているので、ほとんど熱せられることはない。また、発泡用樹脂３１′は、前記仕切り板４２，４２及び心線４１で支持されることにより、金属管３０′の内面から浮いた状態であるので、金属管３０′から熱が直接伝達されることはない。したがって、発泡用樹脂３１′が不用意に発泡するのが防止される。
【００４８】
そして、金属管３０′の曲げ加工が終了した後、金属管３０′を電着乾燥工程のラインに移動させ、どぶづけにより電着塗装を行い、その後乾燥を行う。そして、この乾燥時の熱により、金属管３０′及びその内部の発泡用樹脂３１′が、発泡温度以上となり、これにより、発泡用樹脂３１′が発泡し、金属管３０′内の仕切り板４２，４２で区画された空間が、図１（ｂ）で示すように発泡した樹脂３１で充填されることとなる（特許請求の範囲における発泡工程に相当する）。
【００４９】
以上のように、この実施形態に係る屈曲金属管部材３０によれば、曲げ加工部位３０Ｒの内部に配設された発泡樹脂３１は、低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有しており、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設されているから、屈曲金属管部材３０の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材３０の座屈に対する強度が向上すると共に、全てを高密度化する場合よりも樹脂の使用量が抑制されることとなる。すなわち、コストの高い樹脂の使用量を抑制しつつ、座屈変形に対する強度を上げることができる。
【００５０】
また、この実施形態に係る屈曲金属管部材３０の製造方法によれば、曲げ加工部位３０Ｒの内部に発泡樹脂３１が配設された屈曲金属管部材３０を製造する場合に、ワークとしての金属管３０′における曲げ加工された部位３０Ｒ′の内部に、曲げ内側に高密度発泡部３１ｂ′が、曲げ外側に低密度発泡部３１ａ′が位置するように発泡用樹脂３１′が配設された状態で、発泡用樹脂３１′が発泡されることとなる。つまり、曲げ加工時には曲げ加工予定部位３０Ｒ′の内部に発泡樹脂（発泡済の樹脂）が充填されていない状態であるので、曲げ加工が阻害されることがなく、生産性が向上することとなる。また、発泡用樹脂３１′は、発泡後の樹脂よりも体積が小さくかつ柔らかいので、金属管３０′内に容易に挿入することができる。また、発泡用樹脂３１′は、発泡後の樹脂密度が曲げ外側よりも曲げ内側の方が高密度となるので、屈曲金属管部材３０の曲げ加工部位３０Ｒの曲げ内側の剛性が高くなり、屈曲金属管部材３０の座屈に対する強度が向上することとなる。
【００５１】
また、配設工程は、曲げ加工工程の実行前に行われるから、すなわち、金属管３０′が曲がっていない状態で行われるから、発泡用樹脂３１′の挿入を容易に行うことができる。
【００５２】
また、発泡工程は、発泡用樹脂３１′の中心線方向の両端近傍に金属管３０′内を仕切る仕切り板４２，４２が配設された状態で行なわれるので、発泡用樹脂３１′が仕切り板４２，４２で区画された空間内でのみ発泡することとなる。したがって、仕切り板４２，４２の配設位置を適宜設定することにより、発泡用樹脂３１′が発泡することにより生成される発泡樹脂３１の密度を所望の密度にコントロールすることができる。
【００５３】
また、金属管３０′内に配設された仕切り板４２，４２に両端側が支持された心材４１が、金属管３０′の曲げ加工時にこれに追従して曲げ変形することとなるが、この心材４１が挿通される発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′の中心線方向の中間部が低密度発泡部３１ａ′側に拡張しているから、発泡用樹脂３１′は、心材４１の曲げ変形に伴って低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側となるように心材４１を中心として回転することとなる。すなわち、発泡用樹脂３１′を、低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側に、高密度発泡部３１ｂ′側が曲げ内側となるように確実かつ簡単な方法で配設することができる。
【００５４】
また、曲げ加工を、発泡用樹脂３１′を金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に配設した状態で熱間曲げ加工により行う場合に、発泡用樹脂３１′を金属管３０′の内面に対して浮かせた状態で行うから、発泡用樹脂３１′に金属管３０′から曲げ加工時の熱が伝達されにくく、発泡用樹脂３１′が発泡前に変質したり、不用意に発泡したりするのが防止される。
【００５５】
なお、本実施の形態においては、発泡用樹脂３１′の配設工程の後、曲げ加工工程と同時に位置決め工程を実行するようにしたが、本発明は、発泡用樹脂３１′の向きをあわせた状態で配設することにより配設工程と位置決め工程とを同時に行い、その後曲げ加工工程を実行することを含む。また、曲げ加工工程を実行した後、発泡用樹脂３１′の配設工程及び位置決め工程を実行することを含む。なお、曲げ加工工程を先に実行した場合、曲げ加工による金属管の湾曲量が大きいときには、配設工程及び位置決め工程を実行しにくくなるので、曲げ加工の程度が少ないときに適している。
【００５６】
また、本実施の形態においては、発泡用樹脂３１′は、円柱状とされているが、他角柱状であってもよい。また、低密度発泡部３１ａ′と高密度発泡部３１ｂ′とがほぼ同体積とされているが、密度の設定次第では異なる体積となることもある。
【００５７】
なお、金属管３０′としては、円柱状に限らず、角柱状やその他の形状でもよい。また、強度や板厚等の特性が相異なる複数の異種の金属材同士をつなぎ合わせたテーラードチューブでもよい。また、金属管３０′の製品としての用途は、車両部品に限らず、建築資材やその他の用途でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、曲げ加工部位の内部に樹脂が充填された屈曲金属管部材の座屈に対する強度を向上させ、かつ生産性を向上させることができる屈曲金属管部材及びその製造方法を提供する技術であるから、金属加工の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る屈曲金属管部材に関する図であって、（ａ）図は全体平面図、（ｂ）図は曲げ加工部位の拡大水平断面図である。
【図２】ワークとしての金属管の曲げ加工予定部位の内部に、発泡用樹脂を、治具を利用して配置した状態を示す平面図である。
【図３】発泡用樹脂の単体図であって、（ａ）図は中心線方向に沿う断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢印Ａ方向からの端面図、（ｃ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る金属管の熱間曲げ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図５】前記熱間曲げ加工装置の制御システム図である。
【図６】前記熱間曲げ加工装置が行う熱間曲げ加工動作（熱間曲げ加工方法）の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【図７】曲げ加工部位における発泡用樹脂の位置決め作用の説明図であって、（ａ）図は、図６の（ａ）図ないし（ｂ）図の状態における曲げ加工予定部位の拡大水平断面図、（ｂ）図は、図７の（ａ）図のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）図は、図６の（ｄ）図の状態における曲げ加工部位の拡大水平断面図、（ｄ）図は図７の（ｃ）図のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金属管の熱間曲げ加工装置
３０ 屈曲金属管部材
３０Ｒ 曲げ加工部
３０′ 金属管（ワーク）
３０Ｒ′ 曲げ加工部
３０Ｙ′ 曲げ加工予定部
３１ 発泡樹脂
３１ａ 低密度部
３１ｂ 高密度部
３１′ 発泡用樹脂
３１ａ′ 低密度発泡部
３１ｂ′ 高密度発泡部
３１ｃ′ 貫通孔
４１ 心材
４２ 仕切り板
【技術分野】
【０００１】
本発明は曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材及びその製造方法に関し、金属加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屈曲金属管部材は、例えば車両においては、サイドフレーム、レインフォースメント、クロスメンバ等として利用されているが、このような屈曲金属管部材の製造方法として、特許文献１には、曲げ加工が施される前のワークの曲げ加工予定部位に発泡樹脂を一端側から挿入することにより充填した後、ワークを発泡樹脂と共に曲げ加工するものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３５３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１に記載の方法（第１の方法）においては、ワークの内部に発泡樹脂が充填されている状態で曲げ加工することとなるので、ワークの曲げ加工に要する力が大きくなる、すなわち曲げ加工性が悪化するという問題がある。
【０００５】
そこで、ワークの曲げ加工後に、発泡樹脂を挿入配置する方法（第２の方法）が考えられるが、このような方法の場合、ワークが既に屈曲しているので、発泡樹脂を挿入しにくく、あるいは挿入できない。
【０００６】
ここで、屈曲金属管部材は、車両においては前述のようにフレーム等に利用されているが、他車両との前突や後突時等に圧縮方向（軸線方向）に衝撃荷重が作用すると、曲げ加工部位において座屈が生じる虞がある。この座屈を抑制するには、例えば発泡樹脂を高密度化してその強度を高くすることが考えられるが、このようにすると、前記特許文献１に記載の第１の方法の場合、ワークの曲げ加工性が一層悪化し、第２の方法の場合、発泡樹脂を一層挿入しにくくなり、あるいは挿入できなくなる。
【０００７】
そこで、本発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の座屈に対する強度を向上させ、かつ生産性を向上させることができる屈曲金属管部材及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材であって、前記発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有し、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の製造方法であって、発泡させることにより前記発泡樹脂となる発泡用樹脂として、低密度発泡部と高密度発泡部とを有するものを用い、ワークを曲げ加工する曲げ加工工程と、前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部に、前記発泡用樹脂を配設する配設工程と、前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部において、高密度発泡部が曲げ内側に、低密度発泡部が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂を位置決めする位置決め工程と、前記配設工程、位置決め工程、及び曲げ加工工程の実行後に行われ、前記発泡用樹脂を発泡させる発泡工程とを有していることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記配設工程は、前記曲げ加工工程の実行前に行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項２または請求項３に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記発泡工程は、前記発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板を配設した状態で行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記配設工程を、前記曲げ加工工程の実行前に行う場合に、前記発泡用樹脂として、中心線に沿って形成され、かつ中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張した貫通孔を有するものを用いると共に、前記仕切り板に両端側が支持され、かつ前記発泡用樹脂の貫通孔に挿通されて、該発泡用樹脂を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材を用い、前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂の貫通孔に前記心材を挿通した状態で行うことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、前記曲げ加工工程を熱間曲げ加工により前記配設工程の実行後に行う場合に、前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂がワークの内面に対して浮くように前記仕切り板及び心線で支持した状態で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１６】
まず、請求項１に記載の発明によれば、曲げ加工部位の内部に配設された発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有しており、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されているから、屈曲金属管部材の曲げ加工部位の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材の座屈に対する強度が向上すると共に、全てを高密度化する場合よりも樹脂の使用量が抑制されることとなる。すなわち、コストの高い樹脂の使用量を抑制しつつ、座屈変形に対する強度を上げることができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、ワークにおける曲げ加工がされた部位の内部に、曲げ内側に高密度発泡部が、曲げ外側に低密度発泡部が位置するように前記発泡用樹脂が配設された状態で、前記発泡用樹脂が発泡されることとなる。つまり、曲げ加工時にはワークの内部に発泡樹脂（発泡済の樹脂）が充填されていない状態であるので、曲げ加工が阻害されることがなく、生産性が向上することとなる。また、発泡用樹脂は、発泡後の樹脂よりも体積が小さくかつ柔らかいので、ワーク内に容易に挿入することができる。また、発泡用樹脂は、発泡後の樹脂密度が曲げ外側よりも曲げ内側の方が高密度となるので、屈曲金属管部材の曲げ加工部位の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材の座屈に対する強度が向上することとなる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、配設工程は、曲げ加工工程の実行前に行われるから、すなわち、ワークが曲がっていない状態で行われるから、発泡用樹脂の挿入を容易に行うことができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明によれば、発泡工程は、発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板が配設された状態で行なわれるので、発泡用樹脂が仕切り板で区画された空間内でのみ発泡することとなる。したがって、仕切り板の配設位置を適宜設定することにより、発泡用樹脂が発泡することにより生成される発泡樹脂の密度を所望の密度にコントロールすることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、ワーク内に配設された仕切り板に両端側が支持された心材が、ワークの曲げ加工時にこれに追従して曲げ変形することとなる。その場合に、この心材が挿通される発泡用樹脂の貫通孔の中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張しているから、発泡用樹脂は、心材の前記曲げ変形に伴って低密度発泡部側が曲げ外側となるように心材を中心として回転することとなる。すなわち、発泡用樹脂を、低密度発泡部側が曲げ外側に、高密度発泡部側が曲げ内側となるように確実かつ簡単な方法で配設することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明によれば、曲げ加工を、前記発泡用樹脂をワークの曲げ加工予定部位の内部に配設した状態で熱間曲げ加工により行う場合に、前記発泡用樹脂をワークの内面に対して浮かせた状態で行うから、発泡用樹脂にワークから曲げ加工時の熱が伝達されにくく、発泡用樹脂が発泡前に変質したり、不用意に発泡したりするのが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る屈曲金属管部材３０の平面図、図１（ｂ）は、この屈曲金属管部材３０に設けられた曲げ加工部３０Ｒの拡大水平断面図である。この屈曲金属管部材３０は、円管状の部材で、曲げ加工部３０Ｒを有しており、この曲げ加工部３０Ｒの内部には、発泡樹脂３１が充填されている。
【００２３】
この充填された発泡樹脂３１は、樹脂密度が異なる低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有し、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設されている。なお、発泡樹脂３１をその中心線方向に貫通する心材４１、及び発泡樹脂３１の中心線方向両側に設けられている仕切り板４２，４２は、本製品を形成する際に用いられた治具４０が残置されたものである。
【００２４】
このように曲げ加工部の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材は、車両のフロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、バンパーレインフォースメント、ダッシュクロスメンバ、ショットガン、ルーフサイドレインフォースメント等、車両のフレーム部材や骨格部材に使用され得る。
【００２５】
次に、この屈曲金属管部材３０の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、概要について説明すると、この屈曲金属管部材３０は、図２に示すように、ワークとしての金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に、発泡することにより前記発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′を、治具４０を利用して配置した後、後述する熱間曲げ加工装置１にセットして曲げ加工を行い、その後、金属管３０′を別ラインの電着乾燥工程で発泡用樹脂３１′を発泡させることにより製造される。以下、詳しく説明する。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、発泡することによる前記発泡樹脂３１となる発泡用樹脂３１′の断面等を示している。なお、（ａ）図は軸方向に沿う断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢印Ａで示す端面図、（ｃ）は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。発泡用樹脂３１′は、金属管３０′よりも径が小さい円柱形状をしており、断面半円形状で低密度発泡用の低密度発泡部３１ａ′と、同じく断面半円形状で高密度発泡用の高密度発泡部３１ｂ′とを有し、これらが貼りあわされることにより形成されている。発泡用樹脂３１′には、中心線に沿うように貫通孔３１ｃ′が形成されている。この貫通孔３１ｃ′は、（ａ）図に矢印γで示すように、中心線方向両端間において中間部分が低密度発泡部３１ｃ′側に円弧状に拡張し、これにより中間部分では（ｃ）図に示されるように長孔状となっている。なお、各発泡部３１ａ′，３１ｂ′は、基材樹脂と未発泡の発泡剤とを混合することにより固体状に生成されたものである。そして、この例においては、低密度発泡部３１ｃ′と高密度発泡部３１ｂ′とはほぼ同体積となっているが、低密度発泡部３１ｃ′は高密度発泡部３１ｂ′よりも基材樹脂が少なく、発泡剤が多く混合されている。
【００２８】
図２、図３（ａ）に示すように、治具４０は、発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′に挿通されて、発泡用樹脂３１′を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材４１と、該心材４１の一端側に、発泡用樹脂３１′の中心線方向の長さよりも所定量長い間隔を開けて取り付けられた仕切り板４２，４２とを有している。
【００２９】
そして、金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部への発泡用樹脂３１′の配設は、図２に示すように治具４０に発泡用樹脂３１′を取り付けた状態で、後述する金属管保持装置１０により把持されることとなる端部側から、心材４１を操作して金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部にまで仕切り板４２，４２ごと押し込むことにより行う（特許請求の範囲における配設工程に相当する）。
【００３０】
なお、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、仕切り板４２，４２は、所定の厚みを有し、周縁部の平坦面４２ａ，４２ａが金属管３０′の内面に対向しているが、外径は、金属管３０′内面に対して摺動可能な程度に、つまり金属管３０′の曲げ加工予定位置３０Ｙ′まで挿入可能なように金属管３０′の内径よりも微量小さくされている。また、。心材４１は、仕切り板４２，４２面に対して直行した状態で保たれるように圧入等により堅固に固着されている。また、心線４１は、金属管３０′内に仕切り板４２，４２を挿入する際、仕切り板４２，４２の周縁部と金属管３０′の内面との摺動抵抗により曲げ変形しない程度の剛性を有している。また、心材４１の長さは、発泡用樹脂３１′及び仕切り板４２，４２が曲げ加工予定部位３０Ｙ′に位置した状態において、熱間曲げ加工装置１の金属管保持装置１０が、仕切り板４２，４２が設けられたのとは反対側の端部を把持可能な長さとされている。
【００３１】
図４は、熱間曲げ加工装置１の全体構成を示す斜視図である。
【００３２】
この熱間曲げ加工装置１は、曲げ加工の手法として押し通し曲げを適用するもので、水平方向に延びるワークとしての金属管３０′の終端部を保持する金属管保持装置１０を有する。保持装置１０は軌道１１の上を移動自在に構成されている。保持装置１０の前方には、上流側から、固定ローラ１２…１２、誘導加熱コイル１３、冷却水噴射装置１４、及び可動ローラ１５，１５がこの順に配設されている。なお、金属管３０′の内部には、前記治具４０及び発泡用樹脂３１′を予め所定位置に配設しておく（なお、図４は曲げ加工後の状態を示している）。
【００３３】
固定治具としての固定ローラ１２…１２は、前後２段階に金属管３０′を両側から挟み付けて金属管３０′の送給方向を決定する。また、金属管３０′の内部に配設された治具４０の心材４１の一端を把持する。
【００３４】
加熱装置としての誘導加熱コイル１３は、金属管３０′を取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺において金属管３０′を局部的に所定温度（金属管３０′の塑性変形可能かつ焼入れ可能温度）に加熱する。
【００３５】
急冷装置としての冷却水噴射装置１４は、金属管３０′を取り囲む形状で、取り囲んだ範囲及びその周辺においてノズルから金属管３０′に冷却水を局部的に噴射して金属管３０′を急冷する。
【００３６】
可動治具としての可動ローラ１５，１５は、ハウジング１６に収容されて金属管３０′を両側から挟み付ける。そして、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と同じ方向（ｘ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と水平方向に直行する方向（ｙ軸方向）に移動自在、前記固定ローラ１２…１２の金属管送給方向と垂直方向に直行する方向（ｚ軸方向）に移動自在、ｙ軸周りに回動自在、及びｚ軸周りに回動自在に構成されている。そして、これらの動きが組み合わされて、可動ローラ１５，１５は、固定ローラ１２…１２の金属管送給方向に対して傾動し、これにより金属管３０′に曲げ応力を与えて、該金属管３０′を誘導加熱コイル１３で加熱された部位（後述するように曲げ加工予定部位３０Ｙ′）において曲げ加工する。
【００３７】
図５は、この熱間曲げ加工装置１の制御システム図である。この曲げ加工装置１は、前記保持装置１０を軌道１１上で移動させるための（換言すれば金属管３０′を送給するための）金属管送給アクチュエータ２１、前記誘導加熱コイル１３、前記冷却水噴射装置１４、前記可動ローラ１５，１５をｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動させるためのアクチュエータ２２，２３，２４、及びｙ軸周り、ｚ軸周りに回動させるためのアクチュエータ２５，２６に制御信号を出力して、この曲げ加工装置１が行う金属管３０′の熱間曲げ加工動作を統括制御するコントロールユニット２０を備えている。
【００３８】
図５は、この熱間曲げ加工装置１が行う金属管３０′の熱間曲げ加工動作の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【００３９】
まず、図５（ａ）に示すように、金属管３０′は、固定ローラ１２…１２及び可動ローラ１５，１５を通過して送給される。そして、その送給に伴い、予め決定された金属管３０′の曲げ加工予定部位（３０Ｙ′とする）が誘導加熱コイル１３に近づいて来る。
【００４０】
そして、図５（ｂ）に示すように、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部が誘導加熱コイル１３に入ると、誘導加熱コイル１３が作動して、該曲げ加工予定部位３０Ｙ′だけが、局部的に、金属管３０′の塑性変形可能かつ焼入れ可能温度に加熱される（図中ドットを施した部分）。
【００４１】
なお、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部が誘導加熱コイル１３に入ったことの判定は、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工予定部位３０Ｙ′の金属管３０′における位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管３０′の送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の前端部を金属管３０′の表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４２】
そして、誘導加熱コイル１３による曲げ加工予定部位３０Ｙ′の加熱が開始すると、図５（ｃ）に示すように、可動ローラ１５が固定ローラ１２の金属管送給方向に対して傾動する。これにより、金属管３０′に曲げ応力が加えられて、誘導加熱コイル１３で加熱された部位、すなわち曲げ加工予定部位３０Ｙ′において金属管３０′が曲げ加工される。
【００４３】
しかも、同じく図５（ｃ）に示すように、誘導加熱コイル１３による曲げ加工予定部位３０Ｙ′の加熱が開始し、可動ローラ１５による曲げ加工が開始すると、冷却水噴射装置１４が作動して、加熱され曲げ加工された曲げ加工部位３０Ｒ′が、局部的に、冷却される。これにより、曲げ加工部位３０Ｒ′が焼入れされて、曲げ加工と同時に金属管３０′の強度が高められることになる。
【００４４】
そして、図５（ｄ）に示すように、曲げ加工部位３０Ｒ′の後端部が誘導加熱コイル１３から出た後は、誘導加熱コイル１３の作動、可動ローラ１５の傾動、及び冷却水噴射装置１４の作動が停止して、金属管３０′の曲げ加工及び焼入れが終了することとなる。
【００４５】
なお、曲げ加工部位３０Ｒ′の後端部が誘導加熱コイル１３から出たことの判定も、コントロールユニット２０のメモリ（図示せず）に予め登録された曲げ加工予定部位３０Ｙ′の金属管３０′における位置、誘導加熱コイル１３の位置、及び金属管３０′の送給速さ等に基き判定される。あるいは、曲げ加工予定部位３０Ｙ′の後端部を金属管３０′の表面にマーキングしておき、該マーキングを適宜センサで直接検出するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、図５（ｃ）で示すように、金属管３０′が曲がり始めた場合、次のような状態が発生する。すなわち、仕切り板４２，４２の外径は、前述したように金属管３０′の内径に対して摺動可能な程度に微量小さくされているだけであると共に、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように仕切り板４２，４２は周縁部の平坦面４２ａ，４２ａが金属管３０′の内面に対接しているので、金属管３０′が曲がり始めても、仕切り板４２，４２は、金属管３０′の内面に対して直交した状態を保とうとする。したがって、心線４１にも金属管３０′と同じ曲げ変更方向に曲げ力が加わると、図７（ｄ）に示すように、心線４１が、金属管３０′の曲げ加工に追従して曲げ変形することとなる。その場合に、この心材４１が挿通される発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′の中心線方向の中間部が低密度発泡部３１ａ′側に拡張しているから、図７（ｂ）に示すように、例えば、発泡用樹脂３１′の低密度発泡部３１ａが曲げ方向外側（本図における横方向）に、高密度発泡部３１ｂが曲げ方向内側に位置していない場合、矢印αで示すように、心材４１が貫通孔３１ｃ′の内面を矢印αで示すように押し、その結果、発泡用樹脂３１′は、矢印βで示すように心材４１を中心として回転し、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側となるように位置することとなる。つまり、発泡用樹脂３１′は、曲げ加工と同時に、高密度発泡部３１ｂ′が曲げ内側に、低密度発泡部３１ｃ′が曲げ外側に位置するように位置決めされることとなる（特許請求の範囲における位置決め工程に相当する）。
【００４７】
なお、図５（ｂ）に示すように金属管３０′に対する加熱が開始された場合に、金属管３０′自体は誘導加熱により熱せられるが、図７（ａ）に示すように、仕切り板４２，４２はその内部に存在しているので、ほとんど熱せられることはない。また、発泡用樹脂３１′は、前記仕切り板４２，４２及び心線４１で支持されることにより、金属管３０′の内面から浮いた状態であるので、金属管３０′から熱が直接伝達されることはない。したがって、発泡用樹脂３１′が不用意に発泡するのが防止される。
【００４８】
そして、金属管３０′の曲げ加工が終了した後、金属管３０′を電着乾燥工程のラインに移動させ、どぶづけにより電着塗装を行い、その後乾燥を行う。そして、この乾燥時の熱により、金属管３０′及びその内部の発泡用樹脂３１′が、発泡温度以上となり、これにより、発泡用樹脂３１′が発泡し、金属管３０′内の仕切り板４２，４２で区画された空間が、図１（ｂ）で示すように発泡した樹脂３１で充填されることとなる（特許請求の範囲における発泡工程に相当する）。
【００４９】
以上のように、この実施形態に係る屈曲金属管部材３０によれば、曲げ加工部位３０Ｒの内部に配設された発泡樹脂３１は、低密度部３１ａと高密度部３１ｂとを有しており、高密度部３１ｂが曲げ内側に、低密度部３１ａが曲げ外側に位置するように配設されているから、屈曲金属管部材３０の曲げ内側の剛性が高くなって、屈曲金属管部材３０の座屈に対する強度が向上すると共に、全てを高密度化する場合よりも樹脂の使用量が抑制されることとなる。すなわち、コストの高い樹脂の使用量を抑制しつつ、座屈変形に対する強度を上げることができる。
【００５０】
また、この実施形態に係る屈曲金属管部材３０の製造方法によれば、曲げ加工部位３０Ｒの内部に発泡樹脂３１が配設された屈曲金属管部材３０を製造する場合に、ワークとしての金属管３０′における曲げ加工された部位３０Ｒ′の内部に、曲げ内側に高密度発泡部３１ｂ′が、曲げ外側に低密度発泡部３１ａ′が位置するように発泡用樹脂３１′が配設された状態で、発泡用樹脂３１′が発泡されることとなる。つまり、曲げ加工時には曲げ加工予定部位３０Ｒ′の内部に発泡樹脂（発泡済の樹脂）が充填されていない状態であるので、曲げ加工が阻害されることがなく、生産性が向上することとなる。また、発泡用樹脂３１′は、発泡後の樹脂よりも体積が小さくかつ柔らかいので、金属管３０′内に容易に挿入することができる。また、発泡用樹脂３１′は、発泡後の樹脂密度が曲げ外側よりも曲げ内側の方が高密度となるので、屈曲金属管部材３０の曲げ加工部位３０Ｒの曲げ内側の剛性が高くなり、屈曲金属管部材３０の座屈に対する強度が向上することとなる。
【００５１】
また、配設工程は、曲げ加工工程の実行前に行われるから、すなわち、金属管３０′が曲がっていない状態で行われるから、発泡用樹脂３１′の挿入を容易に行うことができる。
【００５２】
また、発泡工程は、発泡用樹脂３１′の中心線方向の両端近傍に金属管３０′内を仕切る仕切り板４２，４２が配設された状態で行なわれるので、発泡用樹脂３１′が仕切り板４２，４２で区画された空間内でのみ発泡することとなる。したがって、仕切り板４２，４２の配設位置を適宜設定することにより、発泡用樹脂３１′が発泡することにより生成される発泡樹脂３１の密度を所望の密度にコントロールすることができる。
【００５３】
また、金属管３０′内に配設された仕切り板４２，４２に両端側が支持された心材４１が、金属管３０′の曲げ加工時にこれに追従して曲げ変形することとなるが、この心材４１が挿通される発泡用樹脂３１′の貫通孔３１ｃ′の中心線方向の中間部が低密度発泡部３１ａ′側に拡張しているから、発泡用樹脂３１′は、心材４１の曲げ変形に伴って低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側となるように心材４１を中心として回転することとなる。すなわち、発泡用樹脂３１′を、低密度発泡部３１ａ′側が曲げ外側に、高密度発泡部３１ｂ′側が曲げ内側となるように確実かつ簡単な方法で配設することができる。
【００５４】
また、曲げ加工を、発泡用樹脂３１′を金属管３０′の曲げ加工予定部位３０Ｙ′の内部に配設した状態で熱間曲げ加工により行う場合に、発泡用樹脂３１′を金属管３０′の内面に対して浮かせた状態で行うから、発泡用樹脂３１′に金属管３０′から曲げ加工時の熱が伝達されにくく、発泡用樹脂３１′が発泡前に変質したり、不用意に発泡したりするのが防止される。
【００５５】
なお、本実施の形態においては、発泡用樹脂３１′の配設工程の後、曲げ加工工程と同時に位置決め工程を実行するようにしたが、本発明は、発泡用樹脂３１′の向きをあわせた状態で配設することにより配設工程と位置決め工程とを同時に行い、その後曲げ加工工程を実行することを含む。また、曲げ加工工程を実行した後、発泡用樹脂３１′の配設工程及び位置決め工程を実行することを含む。なお、曲げ加工工程を先に実行した場合、曲げ加工による金属管の湾曲量が大きいときには、配設工程及び位置決め工程を実行しにくくなるので、曲げ加工の程度が少ないときに適している。
【００５６】
また、本実施の形態においては、発泡用樹脂３１′は、円柱状とされているが、他角柱状であってもよい。また、低密度発泡部３１ａ′と高密度発泡部３１ｂ′とがほぼ同体積とされているが、密度の設定次第では異なる体積となることもある。
【００５７】
なお、金属管３０′としては、円柱状に限らず、角柱状やその他の形状でもよい。また、強度や板厚等の特性が相異なる複数の異種の金属材同士をつなぎ合わせたテーラードチューブでもよい。また、金属管３０′の製品としての用途は、車両部品に限らず、建築資材やその他の用途でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、曲げ加工部位の内部に樹脂が充填された屈曲金属管部材の座屈に対する強度を向上させ、かつ生産性を向上させることができる屈曲金属管部材及びその製造方法を提供する技術であるから、金属加工の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る屈曲金属管部材に関する図であって、（ａ）図は全体平面図、（ｂ）図は曲げ加工部位の拡大水平断面図である。
【図２】ワークとしての金属管の曲げ加工予定部位の内部に、発泡用樹脂を、治具を利用して配置した状態を示す平面図である。
【図３】発泡用樹脂の単体図であって、（ａ）図は中心線方向に沿う断面図、（ｂ）図は（ａ）図の矢印Ａ方向からの端面図、（ｃ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る金属管の熱間曲げ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図５】前記熱間曲げ加工装置の制御システム図である。
【図６】前記熱間曲げ加工装置が行う熱間曲げ加工動作（熱間曲げ加工方法）の具体的１例を（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に示す工程図である。
【図７】曲げ加工部位における発泡用樹脂の位置決め作用の説明図であって、（ａ）図は、図６の（ａ）図ないし（ｂ）図の状態における曲げ加工予定部位の拡大水平断面図、（ｂ）図は、図７の（ａ）図のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）図は、図６の（ｄ）図の状態における曲げ加工部位の拡大水平断面図、（ｄ）図は図７の（ｃ）図のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金属管の熱間曲げ加工装置
３０ 屈曲金属管部材
３０Ｒ 曲げ加工部
３０′ 金属管（ワーク）
３０Ｒ′ 曲げ加工部
３０Ｙ′ 曲げ加工予定部
３１ 発泡樹脂
３１ａ 低密度部
３１ｂ 高密度部
３１′ 発泡用樹脂
３１ａ′ 低密度発泡部
３１ｂ′ 高密度発泡部
３１ｃ′ 貫通孔
４１ 心材
４２ 仕切り板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材であって、
前記発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有し、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されていることを特徴とする屈曲金属管部材。
【請求項２】
曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の製造方法であって、
発泡させることにより前記発泡樹脂となる発泡用樹脂として、低密度発泡部と高密度発泡部とを有するものを用い、
ワークを曲げ加工する曲げ加工工程と、
前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部に、前記発泡用樹脂を配設する配設工程と、
前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部において、高密度発泡部が曲げ内側に、低密度発泡部が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂を位置決めする位置決め工程と、
前記配設工程、位置決め工程、及び曲げ加工工程の実行後に行われ、前記発泡用樹脂を発泡させる発泡工程とを有していることを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記配設工程は、前記曲げ加工工程の実行前に行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項４】
前記請求項２または請求項３に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記発泡工程は、前記発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板を配設した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記配設工程を、前記曲げ加工工程の実行前に行う場合に、
前記発泡用樹脂として、中心線に沿って形成され、かつ中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張した貫通孔を有するものを用いると共に、
前記仕切り板に両端側が支持され、かつ前記発泡用樹脂の貫通孔に挿通されて、該発泡用樹脂を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材を用い、
前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂の貫通孔に前記心材を挿通した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項６】
前記請求項５に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記曲げ加工工程を熱間曲げ加工により前記配設工程の実行後に行う場合に、
前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂がワークの内面に対して浮くように前記仕切り板及び心線で支持した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項１】
曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材であって、
前記発泡樹脂は、低密度部と高密度部とを有し、高密度部が曲げ内側に、低密度部が曲げ外側に位置するように配設されていることを特徴とする屈曲金属管部材。
【請求項２】
曲げ加工部位の内部に発泡樹脂が充填された屈曲金属管部材の製造方法であって、
発泡させることにより前記発泡樹脂となる発泡用樹脂として、低密度発泡部と高密度発泡部とを有するものを用い、
ワークを曲げ加工する曲げ加工工程と、
前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部に、前記発泡用樹脂を配設する配設工程と、
前記曲げ加工工程でのワークの曲げ加工予定部位の内部、または前記曲げ加工工程で形成された曲げ加工部位の内部において、高密度発泡部が曲げ内側に、低密度発泡部が曲げ外側に位置するように発泡用樹脂を位置決めする位置決め工程と、
前記配設工程、位置決め工程、及び曲げ加工工程の実行後に行われ、前記発泡用樹脂を発泡させる発泡工程とを有していることを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記配設工程は、前記曲げ加工工程の実行前に行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項４】
前記請求項２または請求項３に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記発泡工程は、前記発泡用樹脂の中心線方向の両端近傍にワーク内を仕切る仕切り板を配設した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記配設工程を、前記曲げ加工工程の実行前に行う場合に、
前記発泡用樹脂として、中心線に沿って形成され、かつ中心線方向の中間部が低密度発泡部側に拡張した貫通孔を有するものを用いると共に、
前記仕切り板に両端側が支持され、かつ前記発泡用樹脂の貫通孔に挿通されて、該発泡用樹脂を中心線周りに回動可能に支持する曲げ変形可能な心材を用い、
前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂の貫通孔に前記心材を挿通した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【請求項６】
前記請求項５に記載の屈曲金属管部材の製造方法において、
前記曲げ加工工程を熱間曲げ加工により前記配設工程の実行後に行う場合に、
前記曲げ加工工程は、前記発泡用樹脂がワークの内面に対して浮くように前記仕切り板及び心線で支持した状態で行うことを特徴とする屈曲金属管部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８９１３２（Ｐ２０１０−８９１３２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２３２４（Ｐ２００８−２６２３２４）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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