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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-29
(45)【発行日】2023-09-06
(54)【発明の名称】中空部材の製造方法
(51)【国際特許分類】
B21D 9/08 20060101AFI20230830BHJP
B21D 22/02 20060101ALI20230830BHJP
【ＦＩ】
B21D9/08
B21D22/02 F
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023522476
(86)(22)【出願日】2022-12-28
(86)【国際出願番号】 JP2022048587
【審査請求日】2023-04-12
(31)【優先権主張番号】P 2022003790
(32)【優先日】2022-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(74)【代理人】
【識別番号】100202441
【弁理士】
【氏名又は名称】岩田 純
(72)【発明者】
【氏名】田村 翔平
(72)【発明者】
【氏名】金丸 稔
(72)【発明者】
【氏名】北山 陸央
(72)【発明者】
【氏名】白井 祥
【審査官】石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】特公昭５３－００２４２２（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】国際公開第２０２２／０１４２６２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭４９－０４０２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公平０７－０２２７７９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特公昭５６－００１１６６（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】国際公開第２０１６／０５２６４４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｄ ９／０８
Ｂ２１Ｄ ２２／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空部材の製造方法であって、第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、
を含み、
前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、
前記第１金型が、第１曲面を有し、
前記第２金型が、第２曲面を有し、
１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、
前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
製造方法。
【請求項2】
前記プレス加工が、２回以上施され、且つ、各々の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項3】
前記第１金型及び前記第２金型が直線的に近づけられて、前記第１曲面及び前記第２曲面が前記素管に押し付けられる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項4】
前記断面加工及び前記曲げ加工が施される部分において、前記第１金型及び前記第２金型が一体となった際に前記第１金型及び前記第２金型によって定まる金型開口形状が、前記素管の前記断面形状よりも小さく、且つ、前記素管の前記断面形状と相似する、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項5】
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超６％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項6】
前記素管が曲部を有する曲管であり、前記曲げ加工において、前記曲部の曲率半径が小さくされ、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項7】
前記素管が直管であり、前記曲げ加工において、前記直管の少なくとも一部に曲部が形成され、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項8】
前記第１金型が上金型であり、前記第２金型が下金型であり、
前記断面加工及び前記曲げ加工において、前記第１金型及び前記第２金型のうちの少なくとも一方が上下方向に移動する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項9】
１回の前記プレス加工において、前記第１金型及び前記第２金型が前記素管に接触してから、前記プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、前記素管の少なくとも一部に対して前記断面加工と前記曲げ加工とが同時に施される、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は中空部材の製造方法を開示する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、プレス金型を用いて直管の曲げ加工や断面加工（管長手方向と交差する断面の形状を変化させる加工）を行う技術が開示されている。特許文献１に開示された技術においては、直管に対して断面加工と曲げ加工とを同時に施すことで、加工後の中空部材において高い形状精度を確保している。特許文献１に開示された技術によれば、ハイドロフォーミング等のような複雑な工程を要することなく、管外側からのプレス加工のみで中空部材を得ることができ、中空部材の生産性を向上させることができる。
【0003】
特許文献２には、回転移動可能な押付け金型を用いて素管の曲げ加工を行う技術が開示されている。特許文献３には、素管に対して回転引き曲げ加工を施す技術が開示されている。特許文献２及び３に開示された技術によれば、特許文献１に開示された技術と同様に、加工後の中空部材において高い形状精度を確保できるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６５１９９８４号公報
【文献】特開２００９－２５５１６５号公報
【文献】特開２００６－３１５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
素管に対して曲げ加工を施すことで曲部を有する中空部材を得る際、特に当該曲部の曲率半径が小さい場合に、当該曲部の表面に皺や座屈といった成形不良が生じ易い。本発明者の新たな知見によると、この問題は、特許文献１に開示されているように素管に対して断面加工と曲げ加工とを同時に施したとしても、回避できない場合がある。
【0006】
一方で、特許文献２に開示されているような回転可能な金型を用いた曲げ加工や、特許文献３に開示されているような回転引き曲げ加工によれば、皺や座屈といった成形不良を抑制しつつ素管に対して曲げ加工を施すことが可能と考えられるものの、金型や素管を回転又は旋回させるための複雑な機構が必要となり、中空部材の生産性に劣る。
【0007】
以上の通り、素管に対して皺や座屈を抑制しつつ曲率半径の小さな曲部を簡便に形成することができる新たな方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、以下の複数の態様を開示する。
＜態様１＞
中空部材の製造方法であって、
第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、
を含み、
前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、
前記第１金型が、第１曲面を有し、
前記第２金型が、第２曲面を有し、
１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、
前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
製造方法。
＜態様２＞
前記プレス加工が、２回以上施され、且つ、
各々の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
態様１の製造方法。
＜態様３＞
前記第１金型及び前記第２金型が直線的に近づけられて、前記第１曲面及び前記第２曲面が前記素管に押し付けられる、
態様１又は２の製造方法。
＜態様４＞
前記断面加工及び前記曲げ加工が施される部分において、前記第１金型及び前記第２金型が一体となった際に前記第１金型及び前記第２金型によって定まる金型開口形状が、前記素管の前記断面形状よりも小さく、且つ、前記素管の前記断面形状と相似する、
態様１～３のいずれかの製造方法。
＜態様５＞
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超６％以下である、
態様１～４のいずれかの製造方法。
＜態様６＞
前記素管が曲部を有する曲管であり、
前記曲げ加工において、前記曲部の曲率半径が小さくされ、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
態様１～５のいずれかの製造方法。
＜態様７＞
前記素管が直管であり、
前記曲げ加工において、前記直管の少なくとも一部に曲部が形成され、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
態様１～５のいずれかの製造方法。
＜態様８＞
前記第１金型が上金型であり、
前記第２金型が下金型であり、
前記断面加工及び前記曲げ加工において、前記第１金型及び前記第２金型のうちの少なくとも一方が上下方向に移動する、
態様１～７のいずれかの製造方法。
＜態様９＞
１回の前記プレス加工において、前記第１金型及び前記第２金型が前記素管に接触してから、前記プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、前記素管の少なくとも一部に対して前記断面加工と前記曲げ加工とが同時に施される、
態様１～８のいずれかの製造方法。
＜態様１＞
中空部材の製造方法であって、
第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、
を含み、
前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、
前記第１金型が、第１曲面を有し、
前記第２金型が、第２曲面を有し、
１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、
前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
製造方法。
＜態様２＞
前記プレス加工が、２回以上施され、且つ、
各々の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
態様１の製造方法。
＜態様３＞
前記第１金型及び前記第２金型が直線的に近づけられて、前記第１曲面及び前記第２曲面が前記素管に押し付けられる、
態様１又は２の製造方法。
＜態様４＞
前記断面加工及び前記曲げ加工が施される部分において、前記第１金型及び前記第２金型が一体となった際に前記第１金型及び前記第２金型によって定まる金型開口形状が、前記素管の前記断面形状よりも小さく、且つ、前記素管の前記断面形状と相似する、
態様１～３のいずれかの製造方法。
＜態様５＞
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超６％以下である、
態様１～４のいずれかの製造方法。
＜態様６＞
前記素管が曲部を有する曲管であり、
前記曲げ加工において、前記曲部の曲率半径が小さくされ、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
態様１～５のいずれかの製造方法。
＜態様７＞
前記素管が直管であり、
前記曲げ加工において、前記直管の少なくとも一部に曲部が形成され、
前記断面加工において、前記曲部の断面形状が縮径される、
態様１～５のいずれかの製造方法。
＜態様８＞
前記第１金型が上金型であり、
前記第２金型が下金型であり、
前記断面加工及び前記曲げ加工において、前記第１金型及び前記第２金型のうちの少なくとも一方が上下方向に移動する、
態様１～７のいずれかの製造方法。
＜態様９＞
１回の前記プレス加工において、前記第１金型及び前記第２金型が前記素管に接触してから、前記プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、前記素管の少なくとも一部に対して前記断面加工と前記曲げ加工とが同時に施される、
態様１～８のいずれかの製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本開示の製造方法においては、素管の少なくとも一部に対して曲げ加工とともに断面加工が施される。ここで、曲げ加工と断面加工とが同時に施され、且つ、断面加工において素管の断面形状が縮径されることで、曲げ加工によって曲率半径の小さな曲部を得る場合にも、当該曲部における成形不良（皺や座屈）が抑えられる。また、本開示の製造方法において、金型等を回転又は旋回させるための複雑な機構は不要である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】素管１０の長手形状の一例を説明するための概略図である。
【図3】素管１０を第１金型２１及び第２金型２２の間に配置した直後における素管１０、第１金型２１及び第２金型２２について、管長手方向に沿った断面の形状を概略的に示している。
【図5】第１金型２１及び第２金型２２が閉じられてプレス加工が完了した状態における中空部材１００、第１金型２１及び第２金型２２について、管長手方向に沿った断面の形状を概略的に示している。
【図7】中空部材１００の長手形状の一例を説明するための概略図である。
【図9】比較例１についてのＦＥＭ解析結果を示している。
【図10】比較例２についてのＦＥＭ解析結果を示している。
【図11】比較例３についてのＦＥＭ解析結果を示している。
【図12】実施例１についてのＦＥＭ解析結果を示している。
【図13】実施例２についてのＦＥＭ解析結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の中空部材の製造方法の実施形態を示すが、本開示の方法は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0012】
図１～８に示されるように、一実施形態に係る中空部材１００の製造方法は、
第１金型２１及び第２金型２２の間に素管１０を配置すること（図３及び４参照）、並びに、
前記第１金型２１及び前記第２金型２２を相対的に近づけて、前記第１金型２１及び前記第２金型２２を前記素管１０に押し付けることで、前記素管１０に対して１回以上のプレス加工を施すこと（図５及び６参照）、
を含む。
図１及び２に示されるように、前記素管１０は、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有する。
図３及び４に示されるように、前記第１金型２１は、第１曲面２１ａを有する。
図３及び４に示されるように、前記第２金型２２は、第２曲面２２ａを有する。
図５及び６に示されるように、１回の前記プレス加工においては、前記素管１０の少なくとも一部に対して前記第１曲面２１ａ及び前記第２曲面２２ａが押し付けられることで、前記素管１０の少なくとも一部に対して曲げ加工と断面加工とが同時に施され、且つ、
前記断面加工において、前記素管１０の前記円形である前記断面形状が縮径される。
ここで、１回の前記プレス加工における縮径率は、０％超１０％未満である。
第１金型２１及び第２金型２２の間に素管１０を配置すること（図３及び４参照）、並びに、
前記第１金型２１及び前記第２金型２２を相対的に近づけて、前記第１金型２１及び前記第２金型２２を前記素管１０に押し付けることで、前記素管１０に対して１回以上のプレス加工を施すこと（図５及び６参照）、
を含む。
図１及び２に示されるように、前記素管１０は、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有する。
図３及び４に示されるように、前記第１金型２１は、第１曲面２１ａを有する。
図３及び４に示されるように、前記第２金型２２は、第２曲面２２ａを有する。
図５及び６に示されるように、１回の前記プレス加工においては、前記素管１０の少なくとも一部に対して前記第１曲面２１ａ及び前記第２曲面２２ａが押し付けられることで、前記素管１０の少なくとも一部に対して曲げ加工と断面加工とが同時に施され、且つ、
前記断面加工において、前記素管１０の前記円形である前記断面形状が縮径される。
ここで、１回の前記プレス加工における縮径率は、０％超１０％未満である。
【0013】
１．素管
１．１ 素管の長手形状
図１に、素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合を例示する。ただし、本開示の製造方法においては、素管１０として曲部を有しない直管が用いられてもよい。本開示の製造方法において、素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合、曲げ加工において、曲部１０ａの曲率半径が小さくされ、断面加工において、曲部１０ａの断面形状が縮径されてもよい。また、本開示の製造方法において、素管１０が直管である場合、曲げ加工において、直管の少なくとも一部に曲部が形成され、断面加工において、曲部の断面形状が縮径されてもよい。「直管」とは、以下の「曲管」の定義を満たさないものをいう。「曲部」とは管長手形状において曲がった部分をいう。「曲管」とは、曲部を有する管をいい、曲部における曲率半径Ｒ（内側曲げ最小半径）と管直径ＤとがＲ≦３００Ｄなる関係を満たす形状を有するものをいう。
１．１ 素管の長手形状
図１に、素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合を例示する。ただし、本開示の製造方法においては、素管１０として曲部を有しない直管が用いられてもよい。本開示の製造方法において、素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合、曲げ加工において、曲部１０ａの曲率半径が小さくされ、断面加工において、曲部１０ａの断面形状が縮径されてもよい。また、本開示の製造方法において、素管１０が直管である場合、曲げ加工において、直管の少なくとも一部に曲部が形成され、断面加工において、曲部の断面形状が縮径されてもよい。「直管」とは、以下の「曲管」の定義を満たさないものをいう。「曲部」とは管長手形状において曲がった部分をいう。「曲管」とは、曲部を有する管をいい、曲部における曲率半径Ｒ（内側曲げ最小半径）と管直径ＤとがＲ≦３００Ｄなる関係を満たす形状を有するものをいう。
【0014】
素管１０が曲管である場合、当該曲管は曲部１０ａにおいて２次元的に曲がっていてもよいし、３次元的に曲がっていてもよい。図１には、曲管が曲部１０ａにおいて紙面上下方向に曲がった形態を示したが、当該曲部においてさらに紙面奥手前方向に曲がっていてもよい。曲部における曲げ形状は特に限定されるものではない。例えば、曲管は曲部において湾曲していてもよい。尚、曲管は曲部において皺や座屈といった不連続面を実質的に有しないほうがよい。
【0015】
素管１０が曲管である場合、曲部１０ａにおける曲率半径ＲＡ（内側曲げ最小半径）は、特に限定されるものではなく、後述の曲率半径ＲＢよりも大きければよい。曲率半径ＲＡは、曲管の材質、肉厚及び開口直径（円相当直径）、並びに、後述の曲率半径ＲＢ等を考慮して適宜決定され得る。尚、曲部の長手方向における曲げ形状（稜線）は、一つの円弧のみから構成されてもよいし、複数の円弧が組み合わされて構成されてもよい。また、曲部において、長手方向一端から他端に向かって曲率が連続的又は不連続的に変化していてもよい。
【0016】
素管１０が曲管である場合、当該曲管に設けられる曲部１０ａの数は特に限定されるものではない。図１においては、曲管が曲部１０ａを一つだけ有する形態を示したが、曲管は曲率半径ＲＡが同一又は異なる複数の曲部１０ａを有していてもよい。複数の曲部１０ａの各々に対して後述のプレス加工が施される場合、複数のプレス加工が同時に施されてもよいし、異なるタイミングで別々に施されてもよい。
【0017】
素管１０が曲管である場合、当該曲管は曲部１０ａ以外に直管部を有していてもよい。「直管部」とは管長手形状において曲がりのない真っ直ぐな部分（Ｒ＞３００Ｄを満たす部分）をいう。或いは、曲管は一つ又は複数の曲部１０ａのみから構成されていてもよい。
【0018】
素管１０は、その全体が完全な管状である必要はない。例えば、素管１０は、用途に応じて、一部に切り欠き、スリット、貫通孔、意図的な凹凸等を有していてもよい。これら、素管１０に設けられた切り欠き、スリット、貫通孔、凹凸等は、中空部材１００において残っていてもよい。一方で、プレス加工に際して形状精度を一層高める観点からは、素管１０のうち曲げ加工及び断面加工が施される部分における断面形状が、途切れのない環状であってもよい。
【0019】
素管１０の長さは特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜決定され得る。ただし、素管１０の長さが極端に短いと、曲げ加工を行うことが難しい場合がある。素管１０においては、開口直径（円相当直径）ＤＡよりも管の長手方向一端から他端までの長さ（開口中心（図心）を連続的に結んだ線ＬＡの長さ）のほうが長くてもよい。
【0020】
１．２ 素管の断面形状
本願において、管の「断面形状」とは、管の長手方向と直交する断面（管の開口中心（図心）を連続的に結んだ線ＬＡの接線に対して直交する断面）において、管の外壁面によって画定される形状である。すなわち、「円形である断面形状が縮径される」とは、円形管の外径が縮径されることを意味する。図２に示されるように、素管１０は、少なくとも曲げ加工及び断面加工が施される部分において、円形である断面形状を有する。例えば、図１及び２に示されるように素管１０が曲管であり、且つ、図３～６に示されるようにプレス加工によって曲部１０ａの曲率半径が小さくされる場合、少なくとも当該曲部１０ａにおける素管１０の断面形状が円形である。曲げ加工及び断面加工が施されない部分における素管１０の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形の他、楕円形、偏平円形、多角形、丸みを帯びた多角形、これら形状の組み合わせ等、種々の形状があり得る。素管１０の断面形状は、管長手方向一端から他端に向かって実質的に変化がなく同じ形状であってもよいし、管長手方向一端から他端に向かって連続的又は不連続的に変化していてもよい。
本願において、管の「断面形状」とは、管の長手方向と直交する断面（管の開口中心（図心）を連続的に結んだ線ＬＡの接線に対して直交する断面）において、管の外壁面によって画定される形状である。すなわち、「円形である断面形状が縮径される」とは、円形管の外径が縮径されることを意味する。図２に示されるように、素管１０は、少なくとも曲げ加工及び断面加工が施される部分において、円形である断面形状を有する。例えば、図１及び２に示されるように素管１０が曲管であり、且つ、図３～６に示されるようにプレス加工によって曲部１０ａの曲率半径が小さくされる場合、少なくとも当該曲部１０ａにおける素管１０の断面形状が円形である。曲げ加工及び断面加工が施されない部分における素管１０の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形の他、楕円形、偏平円形、多角形、丸みを帯びた多角形、これら形状の組み合わせ等、種々の形状があり得る。素管１０の断面形状は、管長手方向一端から他端に向かって実質的に変化がなく同じ形状であってもよいし、管長手方向一端から他端に向かって連続的又は不連続的に変化していてもよい。
【0021】
本開示の製造方法においては、素管１０の少なくとも一部において、上記のように円形である断面形状が、断面加工によって縮径される。すなわち、断面加工によって、断面形状の直径が小さくなる。ここで、本願においては「素管の断面形状の外周（縁）上の２つの点を結ぶ直線であって当該断面形状の図心を通る直線の長さ」を、素管の断面形状の「直径」と定義する。また、断面形状における長径と短径と比（長径／短径）が１．０以上２．０以下（好ましくは１．０以上１．３以下）にあるものを「円形」と定義する。すなわち、本願において、「円形」とは（長径／短径）が１．０である真円（true circle）に限られるものではなく、楕円も含む概念であり、また、直径についてバラつきを有するものも「円形」とみなす。長径／短径が１．０以上２．０以下の範囲内であれば、本開示の製造方法による顕著な効果が期待できる。素管１０の断面形状における円形度（＝４×π×面積／（外周長×外周長））は、例えば、０．８以上１．０以下であってもよい。また、本願にいう「円形」は、当該円形の中心に向かって凸（断面形状の内側に向かって凸）となるような外周部分を有するものであっても、有しないものであってもよいが、有しないものが好ましい。
【0022】
素管１０の厚み（肉厚）ｔは、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜決定され得る。素管１０の肉厚ｔは、例えば、０．６ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下であってもよく、１．０ｍｍ以上１０．５ｍｍ以下であってもよい。また、素管１０の管直径Ｄに対する肉厚ｔの比ｔ／Ｄは、０．０１２以上０．２０６以下であってもよい。素管１０の肉厚は部分毎に異なっていてもよい。
【0023】
１．３ 素管の材質
素管１０の材質は、プレス加工が可能な材質であればよく、用途に応じて適宜決定され得る。例えば、鋼、鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の金属製としてもよい。本開示の製造方法は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して室温で測定される引張強さが２９０ＭＰａ以上、４４０ＭＰａ以上、５９０ＭＰａ以上又は７８０ＭＰａ以上の高張力鋼からなる高強度鋼管や、当該引張強さが９８０ＭＰａ以上の超高張力鋼からなる高強度鋼管に対しても適用可能である。
素管１０の材質は、プレス加工が可能な材質であればよく、用途に応じて適宜決定され得る。例えば、鋼、鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の金属製としてもよい。本開示の製造方法は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して室温で測定される引張強さが２９０ＭＰａ以上、４４０ＭＰａ以上、５９０ＭＰａ以上又は７８０ＭＰａ以上の高張力鋼からなる高強度鋼管や、当該引張強さが９８０ＭＰａ以上の超高張力鋼からなる高強度鋼管に対しても適用可能である。
【0024】
１．４ 素管を得る方法
素管１０を得る方法は特に限定されるものではない。素管１０が直管である場合、当該直管は、公知の方法により製造されたものであればよい。素管１０には溶接等による継目があってもよいし、なくてもよい。素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合、当該曲管は、例えば、直管に対して少なくとも曲げ加工を施すことによって得られたものであってもよいし、或いは、曲部１０ａよりも曲率半径の大きな曲部を有する管に対して少なくとも曲げ加工を施すことによって得られたものであってもよい。また、直管又は曲管に対して、少なくとも曲げ加工と断面加工とを施すことで、素管１０として曲部１０ａを有する曲管を得てもよい。
素管１０を得る方法は特に限定されるものではない。素管１０が直管である場合、当該直管は、公知の方法により製造されたものであればよい。素管１０には溶接等による継目があってもよいし、なくてもよい。素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合、当該曲管は、例えば、直管に対して少なくとも曲げ加工を施すことによって得られたものであってもよいし、或いは、曲部１０ａよりも曲率半径の大きな曲部を有する管に対して少なくとも曲げ加工を施すことによって得られたものであってもよい。また、直管又は曲管に対して、少なくとも曲げ加工と断面加工とを施すことで、素管１０として曲部１０ａを有する曲管を得てもよい。
【0025】
素管１０が曲管である場合、当該曲管を得るための曲げ加工方法は、特に限定されるものではない。例えば、直管に対して管外側からプレス加工を施すことにより曲管を得てもよい。すなわち、素管１０としての曲管を得る際の曲げ加工は、プレス金型を用いて管外側から管内側に向かって圧力を付与するものであってもよい。また、素管１０としての曲管を得る際、プレス金型を用いて断面加工を施してもよい。すなわち、素管１０としての曲管を得る際の曲げ加工と断面加工とは、プレス金型を用いて管外側から管内側に向かって圧力を付与するものであってもよい。また、直管又は曲管に対して、プレス金型を用いて管外側から管内側に向かって圧力を付与して、曲げ加工と断面加工とを同時に施すことで、素管１０としての曲管を得てもよい。これにより、素管１０の形状精度が一層向上する。いずれの場合も、素管１０としての曲管を得るためのプレス金型と、後述する素管１０から中空部材１００を得るためのプレス金型（第１金型２１、第２金型２２）とを使い分ければよい。このように、金型を取り換えることで、素管１０としての曲管を得るためのプレス加工と、素管１０から中空部材１００を得るためのプレス加工とを、同じプレス加工機を用いて行うこともできる。すなわち、素管１０の製造設備と中空部材１００の製造設備とを共通化して生産性等を向上させることができる。
【0026】
曲げ加工を施して素管１０としての曲管を得る場合、実際に曲げ加工を施す前に、予め、実験やＦＥＭ解析等によって、座屈や皺が発生しない最小の曲率半径（ＲＡ－ｍｉｎ）を確認してもよい。すなわち、曲げ加工を施す際、予め確認された最小の曲率半径ＲＡ－ｍｉｎ以上の曲率半径ＲＡとなるように曲げ加工を施すことで、素管１０としての曲管における座屈や皺の発生を一層抑制できる。
【0027】
素管１０が曲管である場合、当該曲管を得る方法は、上述したプレス金型を用いたプレス加工法に限定されない。例えば、回転引き曲げ（パイプベンダー）、引張曲げ、押し付け曲げ、押し通し曲げ、ロール曲げ等の従来公知の曲げ加工を施すことによって素管１０としての曲管を得てもよい。ただし、上述したように、製造設備を共通化して生産性を向上させる観点等からは、プレス金型を用いた管外側からのプレス加工によって素管１０としての曲管を得ることが好ましい。
【0028】
２．第１金型及び第２金型
図３～６に示されるように、本開示の製造方法においては、プレス金型として少なくとも第１金型２１及び第２金型２２が用いられる。尚、本開示の製造方法においては、第１金型２１及び第２金型２２に加えて、その他の金型が用いられてもよい。
図３～６に示されるように、本開示の製造方法においては、プレス金型として少なくとも第１金型２１及び第２金型２２が用いられる。尚、本開示の製造方法においては、第１金型２１及び第２金型２２に加えて、その他の金型が用いられてもよい。
【0029】
２．１ 金型の長手形状
第１金型２１及び第２金型２２の各々の長手形状は、後述する中空部材１００の長手形状と対応する。図３～６に示されるように、第１金型２１は第１曲面２１ａを有する。第１曲面２１ａは、長手形状において凸面となり得る。また、第２金型２２は第２曲面２２ａを有する。第２曲面２２ａは、長手形状において凹面となり得る。「凸面」とは、金型及び素管の長手方向に沿った断面において、素管に向かって凸となっている曲面をいう。また、「凹面」とは、金型及び素管の長手方向に沿った断面において、素管に対して凹となっている曲面をいう。本開示の製造方法においては、これら第１曲面２１ａと第２曲面２２ａとが素管１０の少なくとも一部に押し付けられることで、素管１０の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施される。すなわち、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａは、各々、素管１０に対するプレス面として機能する。金型及び素管の長手方向に沿った断面において、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａの曲率半径は、後述する中空部材１００の曲部１００ａの曲率半径ＲＢに応じて決定されればよい。例えば、第１金型２１の第１曲面２１ａの曲率半径ＲＭ（内側曲げ最小半径、図３参照）は、中空部材１００の曲部１００ａの曲率半径ＲＢと同じであってもよいし、それより小さくてもよい。
第１金型２１及び第２金型２２の各々の長手形状は、後述する中空部材１００の長手形状と対応する。図３～６に示されるように、第１金型２１は第１曲面２１ａを有する。第１曲面２１ａは、長手形状において凸面となり得る。また、第２金型２２は第２曲面２２ａを有する。第２曲面２２ａは、長手形状において凹面となり得る。「凸面」とは、金型及び素管の長手方向に沿った断面において、素管に向かって凸となっている曲面をいう。また、「凹面」とは、金型及び素管の長手方向に沿った断面において、素管に対して凹となっている曲面をいう。本開示の製造方法においては、これら第１曲面２１ａと第２曲面２２ａとが素管１０の少なくとも一部に押し付けられることで、素管１０の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施される。すなわち、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａは、各々、素管１０に対するプレス面として機能する。金型及び素管の長手方向に沿った断面において、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａの曲率半径は、後述する中空部材１００の曲部１００ａの曲率半径ＲＢに応じて決定されればよい。例えば、第１金型２１の第１曲面２１ａの曲率半径ＲＭ（内側曲げ最小半径、図３参照）は、中空部材１００の曲部１００ａの曲率半径ＲＢと同じであってもよいし、それより小さくてもよい。
【0030】
第１金型２１及び第２金型２２の長手形状のうち、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａ以外の部分の長手形状は、例えば、中空部材１００の長手形状のうち曲部１００ａ以外の部分の長手形状に応じて適宜決定されればよい。第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａ以外の部分の長手形状は、直線状であっても曲線状であってもよい。
【0031】
２．２ 金型の断面形状
第１金型２１及び第２金型２２の断面形状は、素管１０の断面加工において、円形である断面形状を縮径することが可能な形状であればよい。例えば、本開示の製造方法においては、上記の曲げ加工と断面加工とが施される部分において、第１金型２１及び第２金型２２が一体となった際（第１金型２１及び第２金型２２が閉じた際）に第１金型２１及び第２金型２２によって定まる金型開口形状が、素管１０の断面形状よりも小さく、且つ、素管１０の断面形状と相似するものであってよい。このように、金型の開口形状が素管１０の断面形状よりも小さく、且つ、金型開口形状が素管１０の断面形状と相似することで、断面加工によって素管１０の断面形状を縮径する際、素管１０の外周に対してより均一に圧力を付与することができる。
第１金型２１及び第２金型２２の断面形状は、素管１０の断面加工において、円形である断面形状を縮径することが可能な形状であればよい。例えば、本開示の製造方法においては、上記の曲げ加工と断面加工とが施される部分において、第１金型２１及び第２金型２２が一体となった際（第１金型２１及び第２金型２２が閉じた際）に第１金型２１及び第２金型２２によって定まる金型開口形状が、素管１０の断面形状よりも小さく、且つ、素管１０の断面形状と相似するものであってよい。このように、金型の開口形状が素管１０の断面形状よりも小さく、且つ、金型開口形状が素管１０の断面形状と相似することで、断面加工によって素管１０の断面形状を縮径する際、素管１０の外周に対してより均一に圧力を付与することができる。
【0032】
第１金型２１及び第２金型２２が一体となった際に第１金型２１及び第２金型２２によって定まる金型開口形状は、素管１０や中空部材１００の断面形状に応じて適宜決定されればよい。例えば、図４に示されるように、第１金型２１が上金型で、第２金型２２が下金型である場合、第１金型２１は、素管１０の上端１０ｘと対向する底部（上端部）２１ｘと、素管１０の側部１０ｙと対向する側壁部２１ｙとを有していてもよく、第２金型２２は、素管１０の下端１０ｚと対向する底部（下端部）２２ｚと、素管１０の側部１０ｙと対向する側壁部２２ｙとを有していてもよい。また、図６に示されるように、第１金型２１及び第２金型２２が閉じた状態で、底部２１ｘ、２２ｚ及び側壁部２１ｙ、２２ｙによって定まる金型開口形状が円形であり、中空部材１００の全周が、底部２１ｘ、２２ｚ及び側壁部２１ｙ、２２ｙによって囲まれるようにしてもよい。
【0033】
２．３ 金型についてのその他の事項
第１金型２１及び第２金型２２の材質は特に限定されるものではなく、金型として一般的な材質を採用可能である。
第１金型２１及び第２金型２２の材質は特に限定されるものではなく、金型として一般的な材質を採用可能である。
【0034】
上述したように、本開示の製造方法においては、第１金型２１と第２金型２２とを相対的に近づけるように移動させることで、素管１０に対して第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａを押し付けて、素管１０の管外側から管内側に向かって圧力を付与する。例えば、第１金型２１が上金型で、第２金型２２が下金型である場合、後述の曲げ加工及び断面加工において、第１金型２１及び第２金型２２のうちの少なくとも一方を上下方向に移動させればよい。すなわち、素管１０を上下からプレスして、素管１０の少なくとも一部に対して上から第１曲面２１ａを、下から第２曲面２２ａを各々押し付ければよい。この際、第１金型２１や第２金型２２は、人力で移動されてもよいし、駆動装置等によって機械的及び／又は自動的に移動されてもよい。
【0035】
また、上述したように、本開示の製造方法においては、第１金型２１及び第２金型２２が、プレス面としての第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａを有することで、当該プレス面を素管１０の少なくとも一部に押し付けるだけで、素管１０に対して第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａと対応する曲げ加工を施すことが可能である。例えば、本開示の製造方法においては、第１金型２１及び第２金型２２が直線的に近づけられることで、第１曲面２１ａ及び第２曲面２２ａが素管１０に押し付けられるようにしてもよい。「第１金型及び第２金型が直線的に近づけられる」とは、第１金型２１及び第２金型２２のうちの少なくとも一方を移動させて第１金型２１及び第２金型２２を相対的に近づける際、移動する金型のある点について着目した場合に、当該点が描く軌跡が直線状であることを意味する。言い換えれば、本開示の製造方法においては、プレス加工の際、第１金型２１及び第２金型２２のうちの少なくとも一方を、一軸方向に（一次元的に）動かすだけでよい。このように、本開示の製造方法においては、断面加工及び曲げ加工を行うためのプレス面が曲面で構成されることで、金型や素管を回転又は旋回させることなく、素管１０の曲げ加工が可能である。すなわち、本開示の製造方法においては、断面加工及び曲げ加工において、金型を回転又は旋回させるための複雑な機構や、或いは、回転引き曲げ等のように素管を回転又は旋回させるための複雑な機構は不要である。
【0036】
３．素管及び金型の配置
本開示の製造方法においては、まず、第１金型２１及び第２金型２２の間に素管１０を配置する。図３及び４に示されるように、第１金型２１及び第２金型２２は、素管１０を間に挟んで互いに対向するように配置されればよい。例えば、第１金型２１が上金型で、第２金型２２が下金型である場合、第１金型２１と第２金型２２とが、素管１０を上下から挟み込むように配置されればよい。
本開示の製造方法においては、まず、第１金型２１及び第２金型２２の間に素管１０を配置する。図３及び４に示されるように、第１金型２１及び第２金型２２は、素管１０を間に挟んで互いに対向するように配置されればよい。例えば、第１金型２１が上金型で、第２金型２２が下金型である場合、第１金型２１と第２金型２２とが、素管１０を上下から挟み込むように配置されればよい。
【0037】
図３及び４に示されるように、第１金型２１及び第２金型２２の各々に素管１０を当接させた直後において、素管１０の長手方向一端側の部分と他端側の部分との少なくとも２箇所が、第２金型２２に当接され、素管１０の長手方向一端側の部分及び他端側の部分以外の部分（例えば、素管１０の長手方向中央部）の少なくとも１箇所が、第１金型２１に当接されてもよい。このように、第１金型２１及び第２金型２２の各々に素管１０を当接させた直後において、素管１０の少なくとも３箇所が第１金型２１及び第２金型２２に当接して支持されることで、プレス加工時、金型に対する素管１０の位置ずれ等が抑制され易い。
【0038】
尚、図３～６においては、中空部材１００の曲部１００ａが下向きに凸となるようにプレス加工を施す形態を示したが、中空部材１００の曲部１００ａが上向きに凸となるようにプレス加工を施してもよい。ただし、第２金型２２が下金型であり、第２金型２２の第２曲面２２ａが下向きに凸となり、中空部材１００の曲部１００ａが下向きに凸となる場合のほうが、素管１０を第２金型２２に載置及び位置決めし易く、プレス加工時の作業性に優れるものと考えられる。また、第１金型２１及び第２金型２２によるプレス方向は、図３～６に示されるような上下方向には限られず、上下方向と交差する方向（例えば水平方向）であってもよい。ただし、作業性や生産性等を考慮した場合、第１金型２１及び第２金型２２によるプレス方向は上下方向であるとよい。第１金型２１及び第２金型２２が設置されるプレス機としては公知のものが採用され得る。
【0039】
４．断面加工
本開示の製造方法においては、素管１０に対して１回以上のプレス加工を施す。１回のプレス加工においては、素管１０の少なくとも一部に対して、第１金型２１の第１曲面２１ａと第２金型２２の第２曲面２２ａとを外側から押し付けることで、管の周方向への材料流動を生じさせ、素管１０の断面形状を縮径させる。例えば、図２及び８に示されるように、断面加工によって、素管１０の断面形状における直径（外径）ＤＡが縮径され、中空部材１００の断面形状における直径（外径）ＤＢへと変化する。ここで、本開示の製造方法においては、１回のプレス加工における縮径率が０％超１０％未満であることが重要である。１回のプレス加工における縮径率が１０％以上であると、金型に噛み疵が発生し易く、また、管が座屈し易い。１回のプレス加工における縮径率は、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上又は５％以上であってもよく、且つ、９％以下、８％以下、７％以下又は６％以下であってもよい。特に、１回のプレス加工における縮径率が０％超６％以下である場合に、表面性状に一層優れた中空部材１００が得られ易い。尚、縮径率は、以下の式により算出される。以下の式の通り、縮径率は、断面加工前の素管１０の直径ＤＡを基準に算出される。例えば、直径ＤＡの素管１０に対してプレス加工を１０回行い、且つ、各々のプレス加工における縮小径率が２％である場合、１０回のプレス加工の合計の縮径率は２０％であり、最終的に得られる中空部材１００の直径ＤＢは０．８０ＤＡとなる。
縮径率（％）＝［１－（断面加工後の中空部材の断面直径／断面加工前の素管の断面直径）］×１００
本開示の製造方法においては、素管１０に対して１回以上のプレス加工を施す。１回のプレス加工においては、素管１０の少なくとも一部に対して、第１金型２１の第１曲面２１ａと第２金型２２の第２曲面２２ａとを外側から押し付けることで、管の周方向への材料流動を生じさせ、素管１０の断面形状を縮径させる。例えば、図２及び８に示されるように、断面加工によって、素管１０の断面形状における直径（外径）ＤＡが縮径され、中空部材１００の断面形状における直径（外径）ＤＢへと変化する。ここで、本開示の製造方法においては、１回のプレス加工における縮径率が０％超１０％未満であることが重要である。１回のプレス加工における縮径率が１０％以上であると、金型に噛み疵が発生し易く、また、管が座屈し易い。１回のプレス加工における縮径率は、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上又は５％以上であってもよく、且つ、９％以下、８％以下、７％以下又は６％以下であってもよい。特に、１回のプレス加工における縮径率が０％超６％以下である場合に、表面性状に一層優れた中空部材１００が得られ易い。尚、縮径率は、以下の式により算出される。以下の式の通り、縮径率は、断面加工前の素管１０の直径ＤＡを基準に算出される。例えば、直径ＤＡの素管１０に対してプレス加工を１０回行い、且つ、各々のプレス加工における縮小径率が２％である場合、１０回のプレス加工の合計の縮径率は２０％であり、最終的に得られる中空部材１００の直径ＤＢは０．８０ＤＡとなる。
縮径率（％）＝［１－（断面加工後の中空部材の断面直径／断面加工前の素管の断面直径）］×１００
【0040】
尚、本願において「縮径」とは、円形である断面形状における任意の直径が小さくなることをいい、円形である断面形状の外周の長さが小さくなることをいう。すなわち、円管を楕円管に偏平加工する場合のように、断面形状の少なくとも一部において「拡径」を伴う加工は、本願にいう「円形である断面形状を縮径させる」ものには該当しない。ただし、本開示の製造方法においては、曲げ加工及び断面加工の前や後において、素管や中空部材に対して必要に応じて拡径加工を施すことも可能である。
【0041】
本開示の製造方法においては、断面加工において素管１０の外側から内側へと圧力が付与される。すなわち、本開示の製造方法においては、ハイドロフォーミングのような管内側から管外側へと圧力を付与することはせず、管外側からのプレス加工のみで素管１０の断面形状を変化させる。尚、断面加工に際して、例えば管端部等において、管の内側に中子金型等を設置してもよい。これにより、管端部等における凹みや潰れ等をより抑制することができる。
【0042】
本開示の製造方法においては、断面加工完了時、中空部材１００の長手方向と直交する断面において、中空部材１００の外壁と第１金型２１及び第２金型２２の内壁と間に隙間が生じてもよいし、隙間が生じなくてもよい。
【0043】
尚、本開示の製造方法において、曲げ加工が施されて曲部１００ａとなる部分以外の部分についての断面加工は任意である。例えば、曲部１００ａとともに直管部を有する中空部材１００を得る場合、直管部について断面加工を施してもよいし、施さなくてもよい。直管部に断面加工を施す場合、曲部１００ａと直管部とで異なる断面加工が施されてもよい。さらに、素管１０が複数の曲部１０ａを有する場合、一の曲部１０ａと他の曲部１０ａとで、同じ断面加工が施されてもよいし、異なる断面加工が施されてもよい。
【0044】
５．曲げ加工
本開示の製造方法においては、上述の通り、素管１０に対して１回以上のプレス加工を施す。プレス加工により、素管１０の少なくとも一部に対して、上記の断面加工とともに、曲げ加工が施される。すなわち、第１金型２１の第１曲面２１ａと第２金型２２の第２曲面２２ａとが素管１０の管外側から押し付けられることで、素管の少なくとも一部において管の長手方向への材料流動を生じさせ、曲率半径の小さな曲部１００ａを形成する。例えば、図１～８に示されるように、曲げ加工によって、曲率半径ＲＡの曲部１０ａを、曲率半径ＲＢの曲部１００ａへと変化させる。
本開示の製造方法においては、上述の通り、素管１０に対して１回以上のプレス加工を施す。プレス加工により、素管１０の少なくとも一部に対して、上記の断面加工とともに、曲げ加工が施される。すなわち、第１金型２１の第１曲面２１ａと第２金型２２の第２曲面２２ａとが素管１０の管外側から押し付けられることで、素管の少なくとも一部において管の長手方向への材料流動を生じさせ、曲率半径の小さな曲部１００ａを形成する。例えば、図１～８に示されるように、曲げ加工によって、曲率半径ＲＡの曲部１０ａを、曲率半径ＲＢの曲部１００ａへと変化させる。
【0045】
曲げ加工においても管外側から管内側へと圧力が付与される。すなわち、本開示の製造方法においては、ハイドロフォーミングのような管内側から管外側へと圧力を付与することはせず、管外側からのプレス加工のみで素管１０に対して曲部１００ａを形成する。
【0046】
本開示の製造方法においては、曲げ加工完了時、中空部材１００の長手方向において中空部材１００の外壁とプレス金型との間に隙間が生じてもよいし、隙間が生じなくてもよい。
【0047】
尚、本開示の製造方法において、曲部１００ａが形成される部分以外の部分についての曲げ加工は任意である。例えば、素管１０の一部のみに対して曲げ加工を施すことで、曲部１００ａと、曲部１００ａ以外の曲部及び／又は直管部と、を有する中空部材１００を製造してもよい。
【0048】
本開示の製造方法においては、上記の断面加工と曲げ加工とが同時に行われる。すなわち、プレス加工時、素管１０の少なくとも一部において、管の周方向への材料流動と長手方向への材料流動とを同時に進行させることで、プレス加工後の中空部材１００において高い形状精度が確保される。特に、曲げ加工と同時に、断面加工において素管１０の断面形状が縮径されることで、管の周方向及び長手方向への材料流動が生じ易くなるものと考えられ、曲げ加工による皺や座屈の発生が抑制され易くなる。尚、本開示の製造方法においては、断面加工と曲げ加工とが、ある時点において同時に進行していればよく、断面加工の開始及び完了のタイミングと、曲げ加工の開始及び完了のタイミングとは、厳密に同時である必要はない。例えば、１回のプレス加工において、第１金型２１及び第２金型２２が素管１０に接触してから、プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、素管１０の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施されてもよい。
【0049】
素管１０に対して上述したプレス加工を施して中空部材１００を得るにあたっては、実際に素管１０にプレス加工を施す前に、予め、実験やＦＥＭ解析等によって、座屈や皺が発生しない最小の曲率半径（ＲＢ－ｍｉｎ）を確認してもよい。すなわち、素管１０にプレス加工を施す際、予め確認された最小の曲率半径ＲＢ－ｍｉｎ以上の曲率半径ＲＢとなるように曲げ加工を施すことで、中空部材１００における座屈や皺の発生を一層抑制できる。
【0050】
本開示の製造方法においては、素管１０に対して上記のプレス加工が１回以上施される。当該プレス加工の回数は２回以上、３回以上、４回以上又は５回以上であってもよい。プレス加工が２回以上施される場合、各々のプレス加工における縮径率が０％超１０％未満であるとよい。各々のプレス加工における縮径率は、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上又は５％以上であってもよく、且つ、９％以下、８％以下、７％以下又は６％以下であってもよい。特に、各々のプレス加工における縮径率が０％超６％以下である場合に、表面性状に一層優れた中空部材１００が得られ易い。例えば、本開示の製造方法においては、０％超１０％未満の縮径を伴う１回目のプレス加工を行った後、０％超１０％未満の縮径を伴う２回目のプレス加工を行ってもよい。各々のプレス加工における縮径率は、同じであっても、異なっていてもよい。例えば、１回目のプレス加工における縮経率が、２回目のプレス加工における縮径率よりも大きくてもよいし、小さくてもよいし、同じであってもよい。このように、素管１０に対して、上記のプレス加工が２回以上に分けて施されることで、中空部材１００の曲部１００ａにおける曲率半径ＲＢを、一層小さくし易い。
【0051】
６．中空部材
６．１ 中空部材の長手形状
図７に示されるように、中空部材１００は少なくとも一部に曲部１００ａを有する。中空部材１００の長手方向は、プレス加工前の素管１０の長手方向と対応し得る。中空部材１００は曲部１００ａにおいて２次元的に曲げられていてもよいし、３次元的に曲げられていてもよい。例えば、図７においては、中空部材１００が曲部１００ａにおいて紙面上下方向に曲げられた形態を示したが、当該曲部１００ａにおいてさらに紙面奥手前方向に曲げられていてもよい。曲部１００ａにおける曲げ形状は特に限定されるものではない。例えば、中空部材１００は曲部１００ａにおいて湾曲していてもよい。上述した第１金型２１の第１曲面２１ａ及び第２金型２２の第２曲面２２ａの形状を変更することで、中空部材１００の曲げ形状を容易に変更できる。
６．１ 中空部材の長手形状
図７に示されるように、中空部材１００は少なくとも一部に曲部１００ａを有する。中空部材１００の長手方向は、プレス加工前の素管１０の長手方向と対応し得る。中空部材１００は曲部１００ａにおいて２次元的に曲げられていてもよいし、３次元的に曲げられていてもよい。例えば、図７においては、中空部材１００が曲部１００ａにおいて紙面上下方向に曲げられた形態を示したが、当該曲部１００ａにおいてさらに紙面奥手前方向に曲げられていてもよい。曲部１００ａにおける曲げ形状は特に限定されるものではない。例えば、中空部材１００は曲部１００ａにおいて湾曲していてもよい。上述した第１金型２１の第１曲面２１ａ及び第２金型２２の第２曲面２２ａの形状を変更することで、中空部材１００の曲げ形状を容易に変更できる。
【0052】
曲部１００ａにおける曲率半径ＲＢ（内側曲げ最小半径）は、特に限定されるものではない。例えば、素管１０が曲部１０ａを有する曲管である場合、曲率半径ＲＢは上述の曲率半径ＲＡよりも小さければよい。尚、曲部１００ａの長手方向における曲げ形状（稜線）は、一つの円弧のみから構成されてもよいし、複数の円弧が組み合わされて構成されてもよい。また、曲部１００ａにおいて、長手方向一端から他端に向かって曲率が連続的又は不連続的に変化していてもよい。
【0053】
図７においては、中空部材１００が曲部１００ａを一つだけ有する形態を示したが、中空部材１００は曲率半径ＲＢが同一又は異なる複数の曲部１００ａを有していてもよい。
【0054】
中空部材１００は曲部１００ａ以外に直管部を有していてもよい。或いは、中空部材１００は一つ又は複数の曲部１００ａのみから構成されていてもよい。
【0055】
中空部材１００は、その全体が完全な管状である必要はない。例えば、中空部材１００は、一部に切り欠きやスリットを有していてもよい。また、中空部材１００は、一部に貫通孔や意図的な凹凸を有していてもよい。
【0056】
中空部材１００の長さは特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜決定され得る。中空部材１００の長さは、素管１０の長さと同じであっても異なっていてもよい。本開示の製造方法においては、断面加工によって断面形状が縮径されることから、中空部材１００の長さが素管１０の長さよりも長くてもよい。
【0057】
６．２ 中空部材の断面形状
図８に示されるように、中空部材１００の断面形状は、曲部１００ａにおいて円形である。曲部１００ａ以外の部分における中空部材１００の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形の他、楕円形、偏平円形、多角形、丸みを帯びた多角形、これら形状の組み合わせ等、種々の形状があり得る。中空部材１００の断面形状は、その用途に応じて適宜決定され得る。上述した第１金型２１及び第２金型２２の断面形状を変更することで、中空部材１００の断面形状を容易に変更できる。
図８に示されるように、中空部材１００の断面形状は、曲部１００ａにおいて円形である。曲部１００ａ以外の部分における中空部材１００の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形の他、楕円形、偏平円形、多角形、丸みを帯びた多角形、これら形状の組み合わせ等、種々の形状があり得る。中空部材１００の断面形状は、その用途に応じて適宜決定され得る。上述した第１金型２１及び第２金型２２の断面形状を変更することで、中空部材１００の断面形状を容易に変更できる。
【0058】
中空部材１００の断面形状は、管長手方向一端から他端に向かって変化がなく同じ形状であってもよいし、管長手方向一端から他端に向かって連続的又は不連続的に変化していてもよい。また、中空部材１００が曲部１００ａとともに直管部を有する場合、曲部１００ａと直管部とは互いに同じ断面形状を有していてもよいし、異なる断面形状を有していてもよい。また、中空部材１００が複数の曲部１００ａを有する場合、各々の曲部１００ａは互いに同じ断面形状を有していてもよいし、異なる断面形状を有していてもよい。
【0059】
中空部材１００の厚み（肉厚）は、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜決定され得る。中空部材１００の厚みは部分毎に異なっていてもよい。尚、従来技術のように回転引き曲げ等によって素管１０に対して曲げ加工を施す場合、曲げ内側の肉厚Ｔ１が厚くなる一方、曲げ外側の肉厚Ｔ２が過度に薄くなり易い。これに対し、本開示の製造方法により得られた中空部材１００は、曲部１００ａにおいて、曲げ内側の肉厚Ｔ１及び曲げ外側の肉厚Ｔ２が、従来の回転引き曲げ等による場合と比較して厚くなり易く、結果的に、曲げ外側の減肉が抑制され易い。これは、上述したように、曲げ加工と同時に断面加工が施されて管材料が周方向に流動すること等によるものである。
【0060】
以上の通り、本開示の中空部材１００の製造方法においては、素管１０をプレス加工して、素管１０の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とを同時に施す。これにより、中空部材１００の曲部１００ａにおける成形不良（皺や座屈等）を抑えることができる。尚、本開示の製造方法は、例えば、テーパ管を製造する場合にも適用可能である。すなわち、本開示の製造方法による断面加工によって中空部材１００としてのテーパ管を得てもよいし、或いは、中空部材１００を得るための素管１０としてテーパ管を用いてもよい。
【0061】
６．３ 中空部材の用途の一例
本開示の製造方法により得られる中空部材１００の用途は多岐に亘る。例えば、バンパービーム、サスペンションメンバー、サイドレール、トレーリングアーム、アッパーアーム、ピラー、トーションビーム、ドアインパクトビーム、インストルメントパネルビーム等の自動車の部品等である。
本開示の製造方法により得られる中空部材１００の用途は多岐に亘る。例えば、バンパービーム、サスペンションメンバー、サイドレール、トレーリングアーム、アッパーアーム、ピラー、トーションビーム、ドアインパクトビーム、インストルメントパネルビーム等の自動車の部品等である。
【実施例】
【0062】
以下、実施例を示しつつ本開示の中空部材の製造方法による効果についてさらに詳述するが、本開示の方法は以下の実施例に限定されるものではない。
【0063】
１．プレス加工方法の検討
１．１ 比較例１
素管としての直管（４４０ＭＰａ級鋼からなる円管、φ６０．５ｍｍ、厚み２．３ｍｍ、全長３８０ｍｍ）に対してプレス金型を用いて、１工程で皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。曲げ加工前後における断面形状は実質的に変化させないものとした。検討にはＦＥＭ解析を利用した。結果を図９に示す。図９に示されるように、４００ｍｍの曲率半径（Ｒ４００）を有する曲部を形成する場合、皺や座屈なく曲げ加工が可能であったものの、Ｒ３００の曲部においては皺が生じ、Ｒ２００の曲部においては座屈して大きな凹みが生じた。
１．１ 比較例１
素管としての直管（４４０ＭＰａ級鋼からなる円管、φ６０．５ｍｍ、厚み２．３ｍｍ、全長３８０ｍｍ）に対してプレス金型を用いて、１工程で皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。曲げ加工前後における断面形状は実質的に変化させないものとした。検討にはＦＥＭ解析を利用した。結果を図９に示す。図９に示されるように、４００ｍｍの曲率半径（Ｒ４００）を有する曲部を形成する場合、皺や座屈なく曲げ加工が可能であったものの、Ｒ３００の曲部においては皺が生じ、Ｒ２００の曲部においては座屈して大きな凹みが生じた。
【0064】
１．２ 比較例２
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。曲げ加工前後における断面形状は実質的に変化させないものとした。その結果、図１０に示されるように、Ｒ４００までは皺や座屈なく曲げ加工が可能であったものの、Ｒ３００の曲部においては皺が生じ、Ｒ２００の曲部においては大きな皺が生じた。比較例２は、比較例１と比べて、成形不良を抑えることができたが、それでも、皺や座屈を抑えることができたのではＲ４００までであった。
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。曲げ加工前後における断面形状は実質的に変化させないものとした。その結果、図１０に示されるように、Ｒ４００までは皺や座屈なく曲げ加工が可能であったものの、Ｒ３００の曲部においては皺が生じ、Ｒ２００の曲部においては大きな皺が生じた。比較例２は、比較例１と比べて、成形不良を抑えることができたが、それでも、皺や座屈を抑えることができたのではＲ４００までであった。
【0065】
１．３ 比較例３
素管としての直管に対してプレス金型を用いて、曲げ加工と同時に断面加工を施すことで、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。具体的には、図１１に示されるように、直管に対してＲ６００からＲ４００、Ｒ４００からＲ３００、Ｒ３００からＲ２００へと「曲げ加工と同時に、断面形状を真円から楕円に変形させる断面加工」と「曲げ加工と同時に、断面形状を楕円から真円に変形させる断面加工」とを交互に行った。ここで、楕円形の長径を鉛直方向に一致させ、短径を水平方向に一致させるものとした。さらに、断面加工前後で、断面形状の外周の長さは実質的に変化させないものとした。その結果、曲げ内側に皺や座屈を生じさせることなく、Ｒ２００を有する曲部を形成することができたものの、Ｒ３００の時点で曲げ側面に金型の境界に由来するラインや皺が生じた。
素管としての直管に対してプレス金型を用いて、曲げ加工と同時に断面加工を施すことで、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。具体的には、図１１に示されるように、直管に対してＲ６００からＲ４００、Ｒ４００からＲ３００、Ｒ３００からＲ２００へと「曲げ加工と同時に、断面形状を真円から楕円に変形させる断面加工」と「曲げ加工と同時に、断面形状を楕円から真円に変形させる断面加工」とを交互に行った。ここで、楕円形の長径を鉛直方向に一致させ、短径を水平方向に一致させるものとした。さらに、断面加工前後で、断面形状の外周の長さは実質的に変化させないものとした。その結果、曲げ内側に皺や座屈を生じさせることなく、Ｒ２００を有する曲部を形成することができたものの、Ｒ３００の時点で曲げ側面に金型の境界に由来するラインや皺が生じた。
【0066】
１．４ 実施例１
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。ここで、各々の曲げ加工と同時に、管の断面形状を１％ずつ縮径する断面加工を行った。その結果、図１２に示されるように、Ｒ２００まで皺や座屈なく曲げ加工が可能であった。その後、Ｒ２００からＲ１５０まで縮径率１％の断面加工とともに曲げ加工を行ったところ、Ｒ１５０の曲部において皺が生じた。
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。ここで、各々の曲げ加工と同時に、管の断面形状を１％ずつ縮径する断面加工を行った。その結果、図１２に示されるように、Ｒ２００まで皺や座屈なく曲げ加工が可能であった。その後、Ｒ２００からＲ１５０まで縮径率１％の断面加工とともに曲げ加工を行ったところ、Ｒ１５０の曲部において皺が生じた。
【0067】
１．５ 実施例２
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。ここで、各々の曲げ加工と同時に、管の断面形状を２％ずつ縮径する断面加工を行った。その結果、図１３に示されるように、Ｒ２００まで皺や座屈なく曲げ加工が可能であった。その後、Ｒ２００からＲ１５０まで縮径率２％の断面加工とともに曲げ加工を行ったところ、Ｒ１５０の曲部においてわずかな皺が生じた。実施例２は、実施例１と比べて、しわの程度を低減でき、曲げ限界が向上した。
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みで複数回プレス曲げを行い、皺や座屈なくどこまで曲げられるかを検討した。ここで、各々の曲げ加工と同時に、管の断面形状を２％ずつ縮径する断面加工を行った。その結果、図１３に示されるように、Ｒ２００まで皺や座屈なく曲げ加工が可能であった。その後、Ｒ２００からＲ１５０まで縮径率２％の断面加工とともに曲げ加工を行ったところ、Ｒ１５０の曲部においてわずかな皺が生じた。実施例２は、実施例１と比べて、しわの程度を低減でき、曲げ限界が向上した。
【0068】
１．６ 実施例３
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みでＲ４００まで、管の断面形状を変化させることなく、比較例２と同様に複数回プレス曲げを行い、さらに、Ｒ４００からＲ１００刻みでＲ２００まで、管の断面形状を６％ずつ縮径する断面加工とともに、プレス曲げを行った。その結果、Ｒ３００及びＲ２００の曲部における皺が、比較例２よりも顕著に低減された。ただし、さらにその後、Ｒ２００からＲ１５０まで、管の断面形状を６％縮径する断面加工とともに、プレス曲げを行ったところ、大きな皺や座屈が発生した。
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ１００刻みでＲ４００まで、管の断面形状を変化させることなく、比較例２と同様に複数回プレス曲げを行い、さらに、Ｒ４００からＲ１００刻みでＲ２００まで、管の断面形状を６％ずつ縮径する断面加工とともに、プレス曲げを行った。その結果、Ｒ３００及びＲ２００の曲部における皺が、比較例２よりも顕著に低減された。ただし、さらにその後、Ｒ２００からＲ１５０まで、管の断面形状を６％縮径する断面加工とともに、プレス曲げを行ったところ、大きな皺や座屈が発生した。
【0069】
１．７ 比較例４
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ５００まで、プレス曲げを行った。ここで、曲げ加工と同時に、管の断面形状を１２％縮径する断面加工を行った。この場合は、縮径率が過度に大きく、管に大きな皺や座屈が発生するなどして、適切な曲げ加工が困難であった。
素管としての直管に対して、Ｒ６００からＲ５００まで、プレス曲げを行った。ここで、曲げ加工と同時に、管の断面形状を１２％縮径する断面加工を行った。この場合は、縮径率が過度に大きく、管に大きな皺や座屈が発生するなどして、適切な曲げ加工が困難であった。
【0070】
下記表１に、比較例１～４及び実施例１～３の結果をまとめて示す。下記表１において、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、各々、以下を意味する。また、「Ａ～Ｂ」とは、ＡとＢとの中間程度であること意味し、「Ｂ～Ｃ」とは、ＢとＣとの中間程度であることを意味する。
Ａ：曲部において皺や座屈が発生しない。
Ｂ：曲部において皺が発生するが、座屈するほどではない。
Ｃ：曲部において大きな皺や座屈が発生する。
Ａ：曲部において皺や座屈が発生しない。
Ｂ：曲部において皺が発生するが、座屈するほどではない。
Ｃ：曲部において大きな皺や座屈が発生する。
【0071】
【表1】
【0072】
以上の通り、比較例１～３及び実施例１～３の結果から、素管に対してプレス加工により曲げ加工を施す場合、当該曲げ加工と同時に、管の断面形状を縮径する断面加工を施すことで、素管に対して皺や座屈なく曲率半径の小さな曲部を形成することができることが分かった。また、比較例４の結果から、１回のプレス加工における縮径率が１０％以上となると皺や座屈が発生することも分かった。
【0073】
２．縮径工数の検討
実施例１、２のようなプレス加工による縮径曲げにおいて、工程数や縮径量をなるべく小さくしつつ、Ｒ２００まで座屈や皺の発生を抑えることができる工程パターンを検討した。種々の検討の結果、例えば、以下の工程の場合、Ｒ２００まで座屈や皺の発生を抑えることができることが分かった。
パターン１：Ｒ６００まで曲げ加工（縮径率１％）し、その後、Ｒ３００まで曲げ加工（縮径率１％）し、最後にＲ２００まで曲げ加工（縮径率０％）する。
パターン２：Ｒ４００まで曲げ加工（縮径率１％）し、その後、Ｒ３００まで曲げ加工（縮径率１％）し、最後にＲ２００まで曲げ加工（縮径率０％）する。
実施例１、２のようなプレス加工による縮径曲げにおいて、工程数や縮径量をなるべく小さくしつつ、Ｒ２００まで座屈や皺の発生を抑えることができる工程パターンを検討した。種々の検討の結果、例えば、以下の工程の場合、Ｒ２００まで座屈や皺の発生を抑えることができることが分かった。
パターン１：Ｒ６００まで曲げ加工（縮径率１％）し、その後、Ｒ３００まで曲げ加工（縮径率１％）し、最後にＲ２００まで曲げ加工（縮径率０％）する。
パターン２：Ｒ４００まで曲げ加工（縮径率１％）し、その後、Ｒ３００まで曲げ加工（縮径率１％）し、最後にＲ２００まで曲げ加工（縮径率０％）する。
【0074】
３．肉厚分布の解析
上記の実施例１、２について、プレス金型を閉じる直前（下死点手前）の肉厚分布と、下死点における肉厚分布とを確認した。その結果、管の肉厚が全体的に増加し、曲げ外側の減肉も緩和されることが分かった。断面形状を縮径させることで、下死点における型締め時に管に対して高い周方向圧縮応力が付与され、管材料を周方向に適切に流動させることができたものと考えられる。言い換えれば、金型が素管に接触してから、プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施されるものといえる。
上記の実施例１、２について、プレス金型を閉じる直前（下死点手前）の肉厚分布と、下死点における肉厚分布とを確認した。その結果、管の肉厚が全体的に増加し、曲げ外側の減肉も緩和されることが分かった。断面形状を縮径させることで、下死点における型締め時に管に対して高い周方向圧縮応力が付与され、管材料を周方向に適切に流動させることができたものと考えられる。言い換えれば、金型が素管に接触してから、プレス加工が完了するまでの間を、前半と後半との２つに分けた場合、少なくとも後半におけるいずれかの時点において、素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施されるものといえる。
【0075】
４．まとめ
以上の通り、以下の方法によれば、素管に対して皺や座屈を抑制しつつ曲率半径の小さな曲部を簡便に形成することができることが分かった。
中空部材の製造方法であって、
第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、
を含み、
前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、
前記第１金型が、第１曲面を有し、
前記第２金型が、第２曲面を有し、
１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、
前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
製造方法。
以上の通り、以下の方法によれば、素管に対して皺や座屈を抑制しつつ曲率半径の小さな曲部を簡便に形成することができることが分かった。
中空部材の製造方法であって、
第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、
を含み、
前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、
前記第１金型が、第１曲面を有し、
前記第２金型が、第２曲面を有し、
１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、
前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、
１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満である、
製造方法。
【符号の説明】
【0076】
１０ 素管
１０ａ 曲部
１０ｘ 上端
１０ｙ 側部
１０ｚ 下端
２１ 第１金型
２１ｘ 底部
２１ｙ 側壁部
２２ 第２金型
２２ｚ 底部
２２ｙ 側壁部
１００ 中空部材
１００ａ 曲部
１０ａ 曲部
１０ｘ 上端
１０ｙ 側部
１０ｚ 下端
２１ 第１金型
２１ｘ 底部
２１ｙ 側壁部
２２ 第２金型
２２ｚ 底部
２２ｙ 側壁部
１００ 中空部材
１００ａ 曲部
【要約】
素管に対して皺や座屈を抑制しつつ曲率半径の小さな曲部を簡便に形成することができる新たな方法を開示する。本開示の中空部材の製造方法は、第１金型及び第２金型の間に素管を配置すること、並びに、前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記素管に押し付けることで、前記素管に対して１回以上のプレス加工を施すこと、を含み、前記素管が、その少なくとも一部において、円形である断面形状を有し、前記第１金型が、第１曲面を有し、前記第２金型が、第２曲面を有し、１回の前記プレス加工において、前記素管の少なくとも一部に対して前記第１曲面及び前記第２曲面が押し付けられることで、前記素管の少なくとも一部に対して断面加工と曲げ加工とが同時に施され、前記断面加工において、前記素管の前記円形である前記断面形状が縮径され、且つ、１回の前記プレス加工における縮径率が、０％超１０％未満であることを特徴とする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
