特許 7603880 中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法及び押出成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法及び押出成形装置

(51)【国際特許分類】

   B21C 25/08 20060101AFI20241213BHJP

   B21C 23/14 20060101ALI20241213BHJP

   B21C 23/21 20060101ALI20241213BHJP

   B21J 5/06 20060101ALI20241213BHJP

   B21K 21/08 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

B21C25/08

B21C23/14

B21C23/21 Z

B21J5/06 B

B21K21/08

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024501508

(86)(22)【出願日】2023-09-05

(86)【国際出願番号】 JP2023032371

(87)【国際公開番号】W WO2024111215

(87)【国際公開日】2024-05-30

【審査請求日】2024-01-11

(31)【優先権主張番号】P 2022186133

(32)【優先日】2022-11-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390010227

【氏名又は名称】株式会社三五

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 喬志

(72)【発明者】

【氏名】野津 健太郎

【審査官】程塚 悠

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０３２６１１９６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６６１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３０４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０３８５２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０４１４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０５１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０１０９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３２１３６６４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０３１６５１９９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｃ ２５／０８

Ｂ２１Ｃ ２３／１４

Ｂ２１Ｃ ２３／２１

Ｂ２１Ｊ ５／０６

Ｂ２１Ｋ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の形状を有するマンドレルと、所定の形状を有するスリーブと、所定の形状を有する貫通孔であるコンテナ孔が形成されたコンテナと、前記コンテナ孔に前記マンドレル及び前記スリーブを押し込むように構成された駆動機構と、を備える押出成形装置において、所定の形状を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを押出加工によって成形する、押出成形方法であって、
前記素材は、押出方向における上流側である基端側の端面に開口し所定の内径である第１内径を有する円柱状の空間である第１中空孔が形成され所定の肉厚である第１肉厚を有する円筒状の部分である第１中空部分及び前記押出方向における下流側である先端側の端面と前記第１中空部分との間に位置する円柱状の部分である第１中実部分からなり全体として所定の外径である第１外径を有する円柱状の外形を有する部材であり、
前記差厚パイプは、前記第１外径及び前記第１肉厚を有する円筒状の部分である第２中空部分と、前記第２中空部分の前記先端側に隣接し前記基端側から前記先端側に向かって前記第１外径から前記第１外径よりも小さい所定の外径である第２外径へと外径が変化し且つ前記第１肉厚から前記第１肉厚よりも小さい所定の肉厚である第２肉厚へと肉厚が変化する筒状の部分である第３中空部分と、前記第３中空部分の前記先端側に隣接し前記第２外径及び第２肉厚を有する円筒状の部分である第４中空部分と、前記先端側の端部と前記第４中空部分との間に位置し前記第２外径を有する円柱状の部分である第２中実部分とからなり、前記基端側の端面に開口し前記第１内径を有する円柱状の空間である第２中空孔が前記第２中空部分から前記第４中空部分に亘って連続的に形成された部材であり、
前記マンドレルは、前記スリーブに同軸状且つ軸方向において摺動可能に内嵌され前記第１内径に対応する所定の外径である第３外径を有する円柱状の形状を有する部材であり、
前記スリーブは、前記マンドレルに同軸状且つ軸方向において摺動可能に外嵌され前記第３外径に対応する所定の内径である第２内径及び前記第１外径を有する円筒状の形状を有する部材であり、
前記コンテナ孔は、前記基端側に形成され且つ前記第１外径に対応する内径である第３内径を有する部分である大内径部分と、前記先端側に形成され且つ前記第２外径に対応する内径である第４内径を有する部分である小内径部分と、前記大内径部分と前記小内径部分との間に形成され且つ前記大内径部分から前記小内径部分へと近付くにつれて前記第３内径から前記第４内径へと内径が減少する部分である内径減少部分と、からなり、
前記コンテナ孔の前記大内径部分に前記素材を挿入し前記コンテナ孔の前記内径減少部分に前記素材の前記先端側の端部を当接させ、前記素材の前記基端側の端部に前記スリーブを当接させ、前記素材の前記第１中空孔に前記マンドレルを挿入し、前記スリーブの前記先端側の端部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の前記押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に固定する、第１工程、
前記マンドレル及び前記スリーブの協調駆動により前記先端間距離を前記第１距離に維持しつつ前記スリーブ及び前記マンドレルを前記押出方向に向かって進行させることにより前記コンテナ孔の前記内径減少部分を介して前記小内径部分へと前記素材を押し込んで押出加工を行い、前記マンドレルの前記先端側の端部が前記コンテナ孔の前記内径減少部分の前記基端側の端部に到達する時点である第１時点まで前記スリーブ及び前記マンドレルの進行を継続する、第２工程、及び
前記第１時点以降も前記先端間距離を前記第１距離に維持しつつ前記スリーブ及び前記マンドレルを前記押出方向に向かって進行させる、第３工程、
を含み、
少なくとも前記第２工程における前記押出加工の開始時点である第２時点においては前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルとが接触していない、
ことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法。

【請求項2】

請求項１に記載された中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法であって、
前記第２時点における前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の空隙である初期空隙の前記押出方向における長さである初期長さが所定の第１長さ以上であり且つ前記第１長さよりも長い所定の第２長さ未満であり、
前記第１長さが、前記第２時点から前記素材の前記先端側の端部が前記コンテナ孔の前記内径減少部分へと進入し始める時点である第３時点までの期間における前記素材の寸法変化の大きさに基づいて定められ、
前記第２長さが、前記第２時点から前記第１時点までの期間において前記素材を構成する材料が前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の空隙である第１空隙に流入しない最大長さ以下の所定の長さに定められる、
ことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法。

【請求項3】

所定の形状を有するマンドレルと、所定の形状を有するスリーブと、所定の形状を有する貫通孔であるコンテナ孔が形成されたコンテナと、前記コンテナ孔に前記マンドレル及び前記スリーブを押し込むように構成された駆動機構と、を備え、
所定の形状を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを押出加工によって成形するように構成された、
押出成形装置であって、
前記素材は、押出方向における上流側である基端側の端面に開口し所定の内径である第１内径を有する円柱状の空間である第１中空孔が形成され所定の肉厚である第１肉厚を有する円筒状の部分である第１中空部分及び前記押出方向における下流側である先端側の端面と前記第１中空部分との間に位置する円柱状の部分である第１中実部分からなり全体として所定の外径である第１外径を有する円柱状の外形を有する部材であり、
前記差厚パイプは、前記第１外径及び前記第１肉厚を有する円筒状の部分である第２中空部分と、前記第２中空部分の前記先端側に隣接し前記基端側から前記先端側に向かって前記第１外径から前記第１外径よりも小さい所定の外径である第２外径へと外径が変化し且つ前記第１肉厚から前記第１肉厚よりも小さい所定の肉厚である第２肉厚へと肉厚が変化する筒状の部分である第３中空部分と、前記第３中空部分の前記先端側に隣接し前記第２外径及び第２肉厚を有する円筒状の部分である第４中空部分と、前記先端側の端部と前記第４中空部分との間に位置し前記第２外径を有する円柱状の部分である第２中実部分とからなり、前記基端側の端面に開口し前記第１内径を有する円柱状の空間である第２中空孔が前記第２中空部分から前記第４中空部分に亘って連続的に形成された部材であり、
前記マンドレルは、前記スリーブに同軸状且つ軸方向において摺動可能に内嵌され前記第１内径に対応する所定の外径である第３外径を有する円柱状の形状を有する部材であり、
前記スリーブは、前記マンドレルに同軸状且つ軸方向において摺動可能に外嵌され前記第３外径に対応する所定の内径である第２内径及び前記第１外径を有する円筒状の形状を有する部材であり、
前記コンテナ孔は、前記基端側に形成され且つ前記第１外径に対応する内径である第３内径を有する部分である大内径部分と、前記先端側に形成され且つ前記第２外径に対応する内径である第４内径を有する部分である小内径部分と、前記大内径部分と前記小内径部分との間に形成され且つ前記大内径部分から前記小内径部分へと近付くにつれて前記第３内径から前記第４内径へと内径が減少する部分である内径減少部分と、からなり、
前記コンテナ孔の前記大内径部分に前記素材を挿入し前記コンテナ孔の前記内径減少部分に前記素材の前記先端側の端部を当接させ、前記素材の前記基端側の端部に前記スリーブを当接させ、前記素材の前記第１中空孔に前記マンドレルを挿入し、前記スリーブの前記先端側の端部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の前記押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に固定する、第１工程、
前記マンドレル及び前記スリーブの協調駆動により前記先端間距離を前記第１距離に維持しつつ前記スリーブ及び前記マンドレルを前記押出方向に向かって進行させることにより前記コンテナ孔の前記内径減少部分を介して前記小内径部分へと前記素材を押し込んで押出加工を行い、前記マンドレルの前記先端側の端部が前記コンテナ孔の前記内径減少部分の前記基端側の端部に到達する時点である第１時点まで前記スリーブ及び前記マンドレルの進行を継続する、第２工程、及び
前記第１時点以降も前記先端間距離を前記第１距離に維持しつつ前記スリーブ及び前記マンドレルを前記押出方向に向かって進行させる、第３工程、
を実行することにより前記差厚パイプを成形するように構成されており、
少なくとも前記第２工程における前記押出加工の開始時点である第２時点においては前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルとが接触していない、
ことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置。

【請求項4】

請求項３に記載された中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置であって、
前記第２時点における前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の空隙である初期空隙の前記押出方向における長さである初期長さが所定の第１長さ以上であり且つ前記第１長さよりも長い所定の第２長さ未満であり、
前記第１長さが、前記第２時点から前記素材の前記先端側の端部が前記コンテナ孔の前記内径減少部分へと進入し始める時点である第３時点までの期間における前記素材の寸法変化の大きさに基づいて定められ、
前記第２長さが、前記第２時点から前記第１時点までの期間において前記素材を構成する材料が前記素材の前記第１中空孔の底部と前記マンドレルの前記先端側の端部との間の空隙である第１空隙に流入しない最大長さ以下の所定の長さに定められる、
ことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法及び押出成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

当該技術分野においては、例えば厚肉部において所望の機械的強度を達成しつつ薄肉部（厚肉部以外の部分）において軽量化を図ること等を目的としてパイプの軸方向における一部分に厚肉部が形成された差厚パイプ（「バテッドパイプ」及び「バテッドチューブ」等とも称呼される）が知られている。このような全長に亘って中空の差厚パイプは、例えば特許文献１（特許第６９３３７６２号公報）において開示されているように、円筒状の素管から押出成形によって一体的に成形することができる。

【0003】

また、例えばシャフト類等の分野においても差厚パイプを適用するニーズがあるが、全長に亘って中空とするのではなく、軸方向において所定の長さを有する中実部分を一方の端部側に設けることが求められる場合がある。例えば製造コストの削減等の観点からは、このような中実部分を有する差厚パイプもまた押出成形によって一体的に成形することが望ましい。しかしながら、このような中実部分を有する差厚パイプを上記工法によって成形することはできない。

【0004】

一方、当該技術分野においては、軸方向の長さは短いながらも中実部分を一端に有する差厚パイプである底付中空金属製品を押出成形によって製造する工法が知られている。例えば特許文献２（特公昭４９－０３５４９７号公報）には、略円柱状且つ中実の素材にパンチを挿し込んで中空孔を形成する穿孔圧縮工程と、次工程において別個のパンチにより中空孔の底部を押圧しながら全体を押し出すことにより中空部分（差厚部）及び中実部分（底部）を形成する工程との組合せによって底付中空金属製品を製造する工法が開示されている。

【0005】

また、特許文献３（特公昭５８－０４８２６４号公報）には、所定の位置関係にある鍔部と中空孔（と底部）とを有する素材を鍛造工程にて予め形成しておき、次工程においてセンターパンチの先端によって中空孔の底を押圧して角を付けた中間素材を成形し、次工程において中間素材の底部とは反対側の端部をスリーブパンチによって押圧することにより中空部分（差厚部）及び中実部分（底部）を形成する工法が開示されている。

【0006】

しかしながら、上述した何れの工法においても、特定の要件を満たす比較的複雑な形状を有する素材を用意する必要がある。また、これらの工法によって製造される底付中空金属製品は所謂「有底筒状部材」であり、前述したような軸方向において所定の長さを有する中実部分を有する差厚パイプには該当しない。更に、後者の工法においては、センターパンチの先端によって中空孔の底を押圧して角を付ける工程において素材の底部と側壁部との境界に亀裂が生じ易いため、センターパンチによる押圧力を強く設定することができないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第６９３３７６２号公報

【文献】特公昭４９－０３５４９７号公報

【文献】特公昭５８－０４８２６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明者は、前述したような先行技術における問題点を勘案し、特許文献１に記載された技術をベースとして、中空部分と中実部分とを有する素材の中空孔にマンドレル（芯金）を挿通した状態にて先端側に小内径部を有するコンテナ（ダイス）に当該素材を押し込んで縮径を行うことにより中実部分を有する差厚パイプを押出成形する実験を試みた。ところが、マンドレルの先端によって素材の中空孔の底部（中実部分の最上部）を押出方向へ押圧すると、図６の（ａ）において太い実線によって例示するように、中空孔の底部と側壁部との境界に全周に亘る亀裂が発生し易いことが確認された。

【0009】

一方、上記のような亀裂の発生を防ぐべく、マンドレルの先端と中空孔の底部との間に空間を維持しながら押出成形をすると、図６の（ｂ）において黒い半円形によって例示するように、当該素材が径方向における内側に向かって圧縮されるのに伴い、当該素材の肉（形成材料）が当該空間に向かって塑性流動し、当該空間内の全周に渡って肉溜まりができてしまい、所望の中空形状を実現することができないことが確認された。

【0010】

即ち、当該技術分野においては、複雑な形状を有する素材を必要とすること無く上述したような亀裂及び／又は肉溜まり等の欠陥の発生を低減することができる、中実部分を有する差厚パイプの製造方法並びに製造装置に対する需要が存在する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した知見に基づき、本発明者は、更なる鋭意研究の結果、マンドレルの先端と素材の中空孔の底部との位置関係並びにスリーブ及びマンドレルの動きを適切に制御することにより、上記課題を解決することができることを見出した。

【0012】

具体的には、本発明に係る中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（以降、「本発明方法」と称呼される場合がある。）は、押出成形装置において、所定の形状を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを押出加工によって成形する、押出成形方法である。押出成形装置は、所定の形状を有するマンドレルと、所定の形状を有するスリーブと、所定の形状を有する貫通孔であるコンテナ孔が形成されたコンテナと、コンテナ孔にマンドレル及びスリーブを押し込むように構成された駆動機構と、を備える。

【0013】

素材は、第１中空部分及び第１中実部分からなり、全体として所定の外径である第１外径を有する円柱状の外形を有する部材である。第１中空部分は、押出方向における上流側である基端側の端面に開口し所定の内径である第１内径を有する円柱状の空間である第１中空孔が形成され所定の肉厚である第１肉厚を有する円筒状の部分である。第１中実部分は、押出方向における下流側である先端側の端面と第１中空部分との間に位置する円柱状の部分である。

【0014】

差厚パイプは、第２中空部分と、第３中空部分と、第４中空部分と、第２中実部分からなる部材である。第２中空部分は、第１外径及び第１肉厚を有する円筒状の部分である。第３中空部分は、第２中空部分の先端側に隣接し基端側から先端側に向かって第１外径から第１外径よりも小さい所定の外径である第２外径へと外径が変化し且つ第１肉厚から第１肉厚よりも小さい所定の肉厚である第２肉厚へと肉厚が変化する筒状の部分である。第４中空部分は、第３中空部分の先端側に隣接し第２外径及び第２肉厚を有する円筒状の部分である。第２中実部分は、先端側の端部と第４中空部分との間に位置し第２外径を有する円柱状の部分である。更に、基端側の端面に開口し第１内径を有する円柱状の空間である第２中空孔が第２中空部分から第４中空部分に亘って連続的に形成されている。

【0015】

マンドレルは、スリーブに同軸状且つ軸方向において摺動可能に内嵌され第１内径に対応する所定の外径である第３外径を有する円柱状の形状を有する部材である。スリーブは、マンドレルに同軸状且つ軸方向において摺動可能に外嵌され第３外径に対応する所定の内径である第２内径及び第１外径を有する円筒状の形状を有する部材である。

【0016】

コンテナ孔は、大内径部分と、小内径部分と、内径減少部分と、からなる。大内径部分は、基端側に形成され且つ第１外径に対応する内径である第３内径を有する部分である。小内径部分は、先端側に形成され且つ第２外径に対応する内径である第４内径を有する部分である。内径減少部分は、大内径部分と小内径部分との間に形成され且つ大内径部分から小内径部分へと近付くにつれて第３内径から第４内径へと内径が減少する部分である。

【0017】

本発明方法は、以下に列挙する第１工程乃至第３工程を含む。
第１工程は、コンテナ孔の大内径部分に素材を挿入しコンテナ孔の内径減少部分に素材の先端側の端部を当接させ、素材の基端側の端部にスリーブを当接させ、素材の第１中空孔にマンドレルを挿入し、スリーブの先端側の端部とマンドレルの先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に固定する工程である。
第２工程は、先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させることによりコンテナ孔の内径減少部分を介して小内径部分へと素材を押し込んで押出加工を行い、マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分の基端側の端部に到達する時点である第１時点までスリーブ及びマンドレルの進行を継続する工程である。
第３工程は、第１時点以降も先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させる工程である。

【0018】

また、本発明は、上述した本発明方法を実行することにより中実部分を有する差厚パイプを成形する、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置（以降、「本発明装置」と称呼される場合がある。）にも関する。

【発明の効果】

【0019】

上述した構成を有する本発明装置において上述した第１工程乃至第３工程を含む本発明方法を実行することにより、単純な構造を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを精度良く且つ容易に成形することができる。即ち、本発明によれば、複雑な形状を有する素材を必要とすること無く亀裂及び／又は肉溜まり等の欠陥の発生を低減することができる、中実部分を有する差厚パイプの製造方法並びに製造装置を提供することができる。

【0020】

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（第１方法）において使用される素材の元となる原素材、素材及び素材から成形される中実部を有する差厚パイプの構成の一例を示す模式的な断面図である。

【図2】第１方法において使用されるマンドレル及びスリーブ並びにコンテナの構成の一例を示す模式的な断面図である。

【図3】第１方法において実行される第１工程乃至第３工程の流れを例示するフローチャートである。

【図4】第１方法において実行される第１工程の終了時並びに第３工程の開始時及び終了時における素材及び差厚パイプの形状並びにマンドレル、スリーブ及びコンテナと素材及び差厚パイプとの位置関係の一例を示す模式的な断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（第２方法）に含まれる第２工程の開始時点における素材の第１中空孔の底部の近傍における第１中空孔の底部とマンドレルとの位置関係の一例を示す模式的な断面図である。

【図6】従来技術をベースとして中実部分を有する差厚パイプを押出成形する実験を試みた際に認められた問題を例示する模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（以降、「第１方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0023】

〈構成〉
第１方法は、押出成形装置において、所定の形状を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを押出加工によって成形する、押出成形方法である。押出成形装置は、所定の形状を有するマンドレルと、所定の形状を有するスリーブと、所定の形状を有する貫通孔であるコンテナ孔が形成されたコンテナと、コンテナ孔にマンドレル及びスリーブを押し込むように構成された駆動機構と、を備える。このような押出成形装置の基本的な構成については当業者に周知であるので詳細な説明は省略するが、マンドレル、スリーブ及びコンテナを始めとする構成要素は、例えば後述する押出加工において構成要素に作用する荷重等の加工条件に耐え得る性質（例えば、機械的強度及び耐久性等）を有する材料によって構成される。また、コンテナ孔にマンドレル及びスリーブを押し込むための駆動機構は、押出加工に付される素材を構成する材料の性質（例えば、機械的強度及び硬度等）に応じて、当該技術分野において周知の種々の駆動機構の中から適宜選択することができる。典型的には、例えば油圧式プレス機等のプレス機が駆動機構として採用される。

【0024】

図１の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、第１方法において使用される素材の元となる原素材１１、素材２１及び素材２１から成形される中実部を有する差厚パイプ３１の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１の（ｂ）に例示するように、素材２１は、第１中空部分ＰＨ１及び第１中実部分ＰＳ１からなり、全体として所定の外径である第１外径ＤＯ１を有する円柱状の外形を有する部材である。第１中空部分ＰＨ１は、押出方向における上流側である基端側の端面に開口し所定の内径である第１内径ＤＩ１を有する円柱状の空間である第１中空孔ＨＨ１が形成され所定の肉厚である第１肉厚Ｔ１を有する円筒状の部分である。第１中実部分ＰＳ１は、押出方向における下流側である先端側の端面と第１中空部分ＰＨ１との間に位置する円柱状の部分である。

【0025】

上記のように素材２１は比較的単純な構造を有するので、図１の（ａ）に例示するような第１外径ＤＯ１を有する円柱状の部材である原素材１１に第１中空孔ＨＨ１を形成することにより容易に製造することができる。原素材１１に第１中空孔ＨＨ１を形成するための具体的な手法は特に限定されないが、例えば切削加工等の手法により原素材１１に第１中空孔ＨＨ１を容易に形成することができる。

【0026】

尚、原素材１１を構成する材料は、押出加工における塑性変形により所望の形状に成形することが可能である限り、特に限定されない。典型的には、原素材１１を構成する材料は、例えば、鉛、スズ、アルミニウム、銅、ジルコニウム、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、及び鋼等を始めとする金属である。

【0027】

図１の（ｃ）に例示するように、差厚パイプ３１は、第２中空部分ＰＨ２と、第３中空部分ＰＨ３と、第４中空部分ＰＨ４と、第２中実部分ＰＳ２からなる部材である。第２中空部分ＰＨ２は、第１外径ＤＯ１及び第１肉厚Ｔ１を有する円筒状の部分である。第３中空部分ＰＨ３は、第２中空部分ＰＨ２の先端側に隣接し基端側から先端側に向かって第１外径ＤＯ１から第１外径ＤＯ１よりも小さい所定の外径である第２外径ＤＯ２へと外径が変化し且つ第１肉厚Ｔ１から第１肉厚Ｔ１よりも小さい所定の肉厚である第２肉厚Ｔ２へと肉厚が変化する筒状の部分である。第４中空部分ＰＨ４は、第３中空部分ＰＨ３の先端側に隣接し第２外径ＤＯ２及び第２肉厚Ｔ２を有する円筒状の部分である。第２中実部分ＰＳ２は、先端側の端部と第４中空部分ＰＨ４との間に位置し第２外径ＤＯ２を有する円柱状の部分である。更に、基端側の端面に開口し第１内径ＤＩ１を有する円柱状の空間である第２中空孔ＨＨ２が第２中空部分ＰＨ２から第４中空部分ＰＨ４に亘って連続的に形成されている。

【0028】

尚、図１の（ｃ）に例示した差厚パイプ３１においては、第３中空部分ＰＨ３の外径の変化率が基端側から先端側に向かうほど大きくなっており、第３中空部分ＰＨ３の外径の輪郭が径方向における外側に凸状の曲線となっている。しかしながら、第３中空部分ＰＨ３の外径の第１外径ＤＯ１から第２外径ＤＯ２への変化のパターンはこれに限定されない。例えば、第３中空部分ＰＨ３の外径の輪郭が、径方向における外側に凹状の曲線となっていてもよく、或いは、第３中空部分ＰＨ３の外径の変化率が基端側の端部から先端側の端部まで一定であり、第３中空部分ＰＨ３の外径の輪郭が直線となっていてもよい。

【0029】

また、図１の（ｃ）に例示した差厚パイプ３１においては、第２中空孔ＨＨ２の底部（先端側の端部）が円錐形の形状を有している。しかしながら、第２中空孔ＨＨ２の底部の形状はこれに限定されず、例えば差厚パイプ３１の用途等に応じて様々な形状とすることができる。例えば、第２中空孔ＨＨ２の底部の形状は、差厚パイプ３１の軸方向に垂直な平面であってもよく、先端側に凸状の曲面（例えば、球面等）であってもよい。このような第２中空孔ＨＨ２の底部の形状は、例えばマンドレルの先端側の端部の形状を第２中空孔ＨＨ２の底部の形状に対応した形状とすることによって達成することができる。

【0030】

図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１方法において使用されるマンドレル４１及びスリーブ５１並びにコンテナ６１の構成の一例を示す模式的な断面図である。図２の（ａ）に例示するように、マンドレル４１は、スリーブ５１に同軸状且つ軸方向において摺動可能に内嵌され、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の内径である第１内径ＤＩ１に対応する所定の外径である第３外径ＤＯ３を有する円柱状の形状を有する部材である。スリーブ５１は、マンドレル４１に同軸状且つ軸方向において摺動可能に外嵌され、マンドレル４１の外径である第３外径ＤＯ３に対応する所定の内径である第２内径ＤＩ２及び素材２１の外径である第１外径ＤＯ１を有する円筒状の形状を有する部材である。

【0031】

尚、図２には描かれていないが、マンドレル４１及びスリーブ５１の基端側の部分は、押出成形装置が備える駆動機構による駆動及び／又は駆動装置からの脱着等に好適な構造及び／又は機構を備えることができる。

【0032】

図２の（ｂ）に例示するように、コンテナ６１に形成されたコンテナ孔ＨＣ１は、大内径部分ＰＤＩＬと、小内径部分ＰＤＩＳと、内径減少部分ＰＤＩＴと、からなる。大内径部分ＰＤＩＬは、基端側に形成され且つ素材２１の外径である第１外径ＤＯ１に対応する内径である第３内径ＤＩ３を有する部分である。小内径部分ＰＤＩＳは、先端側に形成され且つ差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ２及び第２中実部分ＰＳ２の外径である第２外径ＤＯ２に対応する内径である第４内径ＤＩ４を有する部分である。内径減少部分ＰＤＩＴは、大内径部分ＰＤＩＬと小内径部分ＰＤＩＳとの間に形成され且つ大内径部分ＰＤＩＬから小内径部分ＰＤＩＳへと近付くにつれて第３内径ＤＩ３から第４内径ＤＩ４へと内径が減少する部分である。

【0033】

尚、図２の（ｂ）に例示したコンテナ６１においては、大内径部分ＰＤＩＬが２つの部材によって構成され、内径減少部分ＰＤＩＴ及び小内径部分ＰＤＩＳの最も基端側の部分が１つの部材によって一体的に構成され、小内径部分ＰＤＩＳの残りの部分が２つの部材によって構成されている。即ち、図２の（ｂ）に例示したコンテナ６１は、全体として５つの部材によって構成されている。しかしながら、コンテナ６１の構成はこれに限定されず、例えば、全体として１つの部材によって構成されていてもよく、或いは、大内径部分ＰＤＩＬ、小内径部分ＰＤＩＳ及び内径減少部分ＰＤＩＴがそれぞれ１つの部材によって構成され、全体として３つの部材によって構成されていてもよい。

【0034】

第１方法は、図３のフローチャートによって例示されるように、以下に列挙する第１工程乃至第３工程を含む。

【0035】

ステップＳ０１において実行される第１工程は、コンテナ孔の大内径部分に素材を挿入しコンテナ孔の内径減少部分に素材の先端側の端部を当接させ、素材の基端側の端部にスリーブを当接させ、素材の第１中空孔にマンドレルを挿入し、スリーブの先端側の端部とマンドレルの先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に固定する工程である。即ち、第１工程においては、素材、マンドレル、スリーブ及びコンテナが所定の位置にセットされる。

【0036】

ステップＳ０２において実行される第２工程は、先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させることによりコンテナ孔の内径減少部分を介して小内径部分へと素材を押し込んで押出加工を行い、マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分の基端側の端部に到達する時点である第１時点までスリーブ及びマンドレルの進行を継続する工程である。即ち、第２工程においては、マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分の基端側の端部に到達するまで、マンドレル及びスリーブの協調駆動により先端間距離を第１距離に維持しつつ、スリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させる。これにより、素材の第１中実部分から差厚パイプの第２中実部分への押出加工が行われる。

【0037】

ステップＳ０３において実行される第３工程は、第１時点以降も先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させる工程である。即ち、第１時点以降に実行される工程である第３工程においても、マンドレル及びスリーブの協調駆動により先端間距離を第１距離に維持しつつ、スリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させることにより、素材の第１中空部分の先端側の一部から差厚パイプの第３中空部分及び第４中空部分への押出加工が行われる。尚、素材の第１中空部分のうち第３工程において押出加工に付されなかった部分が差厚パイプの第２中空部分となる。

【0038】

図４の（ａ）は、第１工程の終了時における素材２１の形状並びにマンドレル４１、スリーブ５１及びコンテナ６１と素材２１との位置関係の一例を示す模式的な断面図である。尚、図４においては、図面を簡潔なものとするため、図１及び図２において示した各部位に付された符号の一部のみが表示されている。しかしながら、図４に関する以下の説明においては、正確を期すため、図１及び図２において示した符号を使用するので、必要に応じて図１及び図２を参照されたい。

【0039】

図４の（ａ）に例示するように、コンテナ孔ＨＣ１の大内径部分ＰＤＩＬに素材２１が挿入され、コンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴに素材２１の先端側の端部が当接している。これにより、コンテナ孔ＨＣ１の内部における所定の位置に素材２１が保持されている。また、素材２１の基端側の端部にスリーブ５１が当接しており、素材２１に形成された第１中空孔ＨＨ１にマンドレル４１が挿入されている。更に、スリーブ５１の先端側の端部とマンドレル４１の先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離ＤＴが所定の距離である第１距離Ｄ１となるようにスリーブ５１及びマンドレル４１が配置されている（即ち、ＤＴ＝Ｄ１）。

【0040】

その後、図示しないが、第１工程に続く第２工程においては、マンドレル５１及びスリーブ４１の協調駆動により先端間距離ＤＴを第１距離Ｄ１に維持しつつスリーブ５１及びマンドレル４１を押出方向（図４における下向きの方向）に向かって進行させる。これにより、素材２１の第１中実部分ＰＳ１が先端側からコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴを介して小内径部分ＰＤＩＳへと押し込まれ、素材２１の第１中実部分ＰＳ１から差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２への押出加工が行われる。

【0041】

尚、差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２の外径である第２外径ＤＯ２は素材２１の第１中実部分ＰＳ１の外径である第１外径ＤＯ１よりも小さい（ＤＯ２＜ＤＯ１）。即ち、差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２の横断面積は素材２１の第１中実部分ＰＳ１の横断面積よりも小さい。従って、素材２１の第１中実部分ＰＳ１から押出加工される差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２の押出方向における長さは素材２１の第１中実部分ＰＳ１の押出方向における長さよりも大きい（詳しくは後述する）。

【0042】

ところで、例えば図６の（ａ）に例示したような亀裂の発生等の問題を回避する観点からは、少なくとも第２工程における上記押出方向の開始時点である第２時点においては、素材２１の基端側の端部はスリーブ５１によって押出方向に向かって押圧されるものの第１中空孔ＨＨ１の底部はマンドレル４１によって押圧されない状態にあることが好ましい。このような状態は、例えば、第２時点において素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底部とマンドレル４１とを接触させないこと或いは第２時点において素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底部とマンドレル４１の先端側の端部との間に所定の大きさを有する空隙を設けること等によって達成することができる（詳しくは後述する）。

【0043】

但し、図示しないが、例えば素材、マンドレル、スリーブ及び／又はコンテナを構成する材料並びに例えば押圧荷重及び又は押圧速度等の押出加工の条件等によっては、上記押出加工の進行に伴って、所謂「据え込み現象」が発生する場合がある。この場合、素材を構成する材料の塑性流動及び／又はコンテナの弾性変形等により径方向における外側に向かって素材が膨張すると共に軸方向において収縮し、素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと僅かに変位する。従って、第２時点において素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部との間に空隙があったとしても、上記据え込み現象によって当該空隙が消失又は縮小する場合がある。

【0044】

上記押出加工の進行に伴い、やがてマンドレル４１の先端側の端部がコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴの基端側の端部に到達する。このようにマンドレル４１の先端側の端部がコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴの基端側の端部に到達した時点である第１時点までの期間が第２工程に該当し、第１時点以降の期間が第３工程に該当する。

【0045】

図４の（ｂ）は、第２工程の終了直後、即ち第３工程の開始直後における素材２１の形状並びにマンドレル４１、スリーブ５１及びコンテナ６１と素材２１との位置関係の一例を示す模式的な断面図である。第３工程においては、第１時点以降も先端間距離ＤＴを第１距離Ｄ１に維持しつつスリーブ５１及びマンドレル４１の押出方向への進行が継続される。これにより、素材２１の第１中空部分ＰＨ１が先端側からコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴを介して小内径部分ＰＤＩＳへと押し込まれ、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の先端側の一部から差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４及び第３中空部分ＰＨ３への押出加工が行われる。また、上述したように、素材２１の第１中空部分ＰＨ１のうち第３工程において押出加工に付されなかった部分が差厚パイプ３１の第２中空部分ＰＨ２となる。

【0046】

尚、差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４の外径である第２外径ＤＯ２は素材２１の第１中空部分ＰＨ１の外径である第１外径ＤＯ１よりも小さい（ＤＯ２＜ＤＯ１）。また、差厚パイプ３１の第２中空孔ＨＨ２の内径はマンドレル４１により素材２１の第１中空部分ＰＨ１の内径である第１内径ＤＩ１のまま維持される。即ち、差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４の横断面積は素材２１の第１中空部分ＰＨ１の横断面積よりも小さい。一方、差厚パイプ３１の第３中空部分ＰＨ３の外径は、前述したように基端側から先端側に向かって第１外径ＤＯ１から第１外径ＤＯ１よりも小さい第２外径ＤＯ２へと変化するものの、差厚パイプ３１の第３中空部分ＰＨ３の内径もまたマンドレル４１により第１内径ＤＩ１のまま維持される。即ち、差厚パイプ３１の第３中空部分ＰＨ３の横断面積もまた素材２１の第１中空部分ＰＨ１の横断面積よりも小さい。従って、素材２１の第１中空部分ＰＨ１から押出加工される差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４及び第３中空部分ＰＨ３の押出方向における長さは素材２１の第１中空部分ＰＨ１の押出加工に付された部分の押出方向における長さよりも大きくなる（詳しくは後述する）。

【0047】

従って、図４の（ｂ）において太い破線によって囲まれている領域に示すように、第３工程において素材２１の第１中空部分ＰＨ１から差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４及び第３中空部分ＰＨ３への押出加工が開始されると、素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部とが互いに離隔し始める。

【0048】

図４の（ｃ）は、第３工程の終了時における差厚パイプ３１の形状並びにマンドレル４１、スリーブ５１及びコンテナ６１と差厚パイプ３１との位置関係の一例を示す模式的な断面図である。図４の（ｃ）に例示するように、上述した第１工程乃至第３工程の実行により、所期の形状を有する第２中空部分ＰＨ２と第３中空部分ＰＨ３と第４中空部分ＰＨ４と第２中実部分ＰＳ２からなる差厚パイプ３１を、単純な形状を有する素材２１から、容易に成形することができる。

【0049】

尚、第１方法に含まれる第２工程おいては、上述したように、スリーブの先端側の端部とマンドレルの先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離ＤＴを所定の距離である第１距離Ｄ１に維持しつつスリーブ５１及びマンドレル４１を押出方向に向かって進行させることによりコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴを介して小内径部分ＰＤＩＳへと素材２１の第１中実部分ＰＳ１を押し込んで素材２１の第１中実部分ＰＳ１から差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２への押出加工を行う。

【0050】

一方、第３工程においては、上述したように、素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部とが互いに離隔している。即ち、第３工程においては、マンドレル４１は押出加工には寄与せず、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の先端側の一部が差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４及び第３中空部分ＰＨ３へと変化する過程において差厚パイプ３１に形成された第２中空孔ＨＨ２の横断面形状を素材２１に形成された第１中空孔ＨＨ１と同一に維持する機能を担っている。

【0051】

ここで、先に言及した素材２１及び差厚パイプ３１の各部分の押出方向（素材２１の軸方向に同じ）における長さについて以下に詳しく説明する。但し、以下の説明においては、理解を容易にすることを目的として、素材２１に形成された第１中空孔ＨＨ１及び差厚パイプ３１に形成された第２中空孔ＨＨ２の底部の形状が何れも軸方向に垂直な平面であることを前提としている。従って、これらの底部の形状が軸方向に垂直な平面ではない場合は、当該形状に応じた修正が必要とされることは言うまでも無い。

【0052】

差厚パイプ３１の第２中空部分ＰＨ２、第３中空部分ＰＨ３及び第４中空部分ＰＨ４は素材２１の第１中空部分ＰＨ１から成形され、差厚パイプ３１の第２中実部分ＰＳ２は素材２１の第１中実部分ＰＳ１から成形される。従って、素材２１の各部分の軸方向における長さ（以降、単に「長さ」と称呼される場合がある。）と差厚パイプ３１の各部分の軸方向における長さとの間には以下に列挙するような関係が成立する。

【0053】

先ず、差厚パイプ３１の第２中空部分ＰＨ２の長さ（ＬＰＨ２）は、第３工程を終了する時点において押出加工に付されずに素材２１のまま未加工の状態にて残る部分の長さである。従って、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の長さ（ＬＰＨ１）よりも小さい限り、第３工程を終了するタイミングによってＬＰＨ２を任意の大きさに定めることができる。

【0054】

次に、差厚パイプ３１の第３中空部分ＰＨ３の長さ（ＬＰＨ３）は、コンテナ６１に形成されたコンテナ孔ＨＣ１の内径減少部分ＰＤＩＴの長さ（ＬＰＤＩＴ）によって自ずと定まる。従って、コンテナ６１に形成されたコンテナ孔ＨＣ１におけるＬＰＤＩＴを調整することによりＬＰＨ３を任意の大きさに定めることができる。

【0055】

次に、差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４の長さ（ＬＰＨ４）は、素材２１の第１中空部分ＰＨ１を構成している材料の体積（ＶＰＨ１）から差厚パイプ３１の第２中空部分ＰＨ２及び第３中空部分ＰＨ３を構成している材料の体積（ＶＰＨ２＋ＶＰＨ３）を減算した残りの体積を第４中空部分ＰＨ４の環状の横断面の面積（ＡＰＨ４）によって除算することによって算出することができる。従って、所期のＬＰＨ４を得るためには、以下の式（１）が成立するように素材２１、差厚パイプ３１及び第３コンテナ６１に形成されるコンテナ孔ＨＣ１を構成する必要がある。尚、ＶＰＨ１、ＶＰＨ２、及びＡＰＨ４は以下の式（２）乃至式（４）によって表すことができる。尚、ＶＰＨ３は第３中空部分ＰＨ３の外径の変化のパターン（即ち輪郭の形状）によって変化するので、第３中空部分ＰＨ３の形状に応じて算出する必要がある。

【0056】

【数1】

【0057】

素材２１の第１中実部分ＰＳ１の長さ（ＬＰＳ１）と差厚パイプ３１の中実部分ＰＳ２の長さ（ＬＰＳ２）との関係は以下の式（５）によって表すことができる。

【0058】

【数2】

【0059】

従って、所期のＬＰＳ２を得るためには、以下の式（６）が成立するように素材２１の第１外径ＤＯ１並びに差厚パイプ３１の第２外径ＤＯ２に応じて素材２１の第１中実部分の長さ（ＬＰＳ１）を定める必要がある。

【0060】

【数3】

【0061】

〈効果〉
以上説明してきたように、上述した構成を有するマンドレル、スリーブ及びコンテナ並びに駆動機構を備える押出成形装置において上述した第１工程乃至第３工程を含む第１方法を実行することにより、単純な構造を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを精度良く且つ容易に成形することができる。即ち、第１方法は、複雑な形状を有する素材を必要とすること無く亀裂及び／又は肉溜まり等の欠陥の発生を低減することができる、中実部分を有する差厚パイプの製造方法である。

【0062】

このような中実部分を有する差厚パイプは、厚肉部において所望の機械的強度を達成しつつ薄肉部（厚肉部以外の部分）において軽量化を図ることが求められる部品として有用である。また、例えば、シャフト系の部品のうち油止めが必要とされる部品として上記のような中実部分を有する差厚パイプを採用すれば、油止めのための栓が不要となり、設計上の自由度を高めたり製造コストを削減したりすることができる。

【0063】

《第２実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（以降、「第２方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0064】

前述したように、第１方法においては、スリーブの先端側の端部とマンドレルの先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させることによりコンテナ孔の内径減少部分を介して小内径部分へと素材を押し込んで押出加工を行う。その結果、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の先端側の一部が差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ４及び第３中空部分ＰＨ３へと押出加工される第３工程においては、素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部とが互いに離隔する。即ち、第３工程においては、マンドレルは押出加工には寄与せず、素材に形成された第１中空孔が差厚パイプ３１に形成された第２中空孔へと変化する過程において当該中空孔の横断面形状を維持する機能を担っている。

【0065】

その結果、単純な構造を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを精度良く且つ容易に成形することができる。即ち、第１方法によれば、複雑な形状を有する素材を必要とすること無く、亀裂及び／又は肉溜まり等の欠陥の発生を低減しつつ、中実部分を有する差厚パイプを容易に製造することができる。

【0066】

しかしながら、前述したように、例えば素材、マンドレル、スリーブ及び／又はコンテナを構成する材料並びに例えば押圧荷重及び又は押圧速度等の押出加工の条件等によっては、コンテナに形成されたコンテナ孔の内径減少部分を介して小内径部分へと素材を押し込み始める時点（即ち、押出加工の開始時点）において所謂「据え込み現象」が発生する場合がある。この場合、素材を構成する材料の塑性流動及び／又はコンテナの弾性変形等により径方向における外側に向かって素材が膨張すると共に軸方向において収縮し、素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと僅かに変位する。その結果、第１中空孔の底部によってマンドレルの先端側の端部が基端側に向かって押圧され、その反作用により第１中空孔の底部に応力が作用して、第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる場合がある。

【0067】

〈構成〉
そこで、第２方法は、上述した第１方法であって、少なくとも第２工程における押出加工の開始時点である第２時点においては素材の第１中空孔の底部とマンドレルとが接触していないことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法である。

【0068】

図５は、第２方法に含まれる第２工程の開始時点における素材の第１中空孔の底部の近傍における第１中空孔の底部とマンドレルとの位置関係の一例を示す模式的な断面図であり、図４の（ａ）において太い破線によって囲まれている領域の拡大図である。図５に例示するように、第２方法においては、少なくとも（図示しない）スリーブ５１及びマンドレル４１を押出方向に向かって進行させ始める時点（第２時点）において、素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底部とマンドレル４１とが接触していない。具体的には、図５に示す例においては、素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底部とマンドレル４１との間に空隙Ｇが設けられている。

【0069】

上記により、上述したように第２工程における押出加工の開始時点において据え込み現象が発生して素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと変位する場合であっても、マンドレルの先端を中空孔の底部が押圧する可能性を低減することができる。その結果、第１中空孔の底部によるマンドレルの先端への押圧の反作用により第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を低減することができる。

【0070】

尚、図５に例示した素材２１においては、第１中空孔ＨＨ１の底部（先端側の端部）が円錐形の形状を有している。このため、図５に示した例においては、素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底部とマンドレル４１との間の空隙Ｇとして、素材２１の第１中空孔ＨＨ１の底面の軸方向における平均的な位置とマンドレル４１の先端面との間の距離が採用されている。しかしながら、第１中空孔ＨＨ１の底部の形状はこれに限定されず、例えば差厚パイプ３１の用途及び／又はマンドレルの先端側の端部の形状等に応じて様々な形状とすることができる。例えば、第１中空孔ＨＨ１の底部の形状は、素材２１の軸方向に垂直な平面であってもよく、先端側に凸状の曲面（例えば、球面等）であってもよい。

【0071】

〈効果〉
以上のように、第２方法によれば、第２工程における押出加工の開始時点において据え込み現象が発生して素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと変位する場合であっても、マンドレルの先端を中空孔の底部が押圧する可能性を低減することができる。その結果、第１中空孔の底部によるマンドレルの先端への押圧の反作用により第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を低減することができる。

【0072】

《第３実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法（以降、「第３方法」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0073】

前述したように、第２方法においては、少なくともスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させ始める時点（第２時点）において、素材の第１中空孔の底部とマンドレルとが接触していない。従って、第２方法によれば、第２工程における押出加工の開始時点において据え込み現象が発生して素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと変位する場合であっても、マンドレルの先端を中空孔の底部が押圧する可能性を低減することができる。その結果、第１中空孔の底部によるマンドレルの先端への押圧の反作用により第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を低減することができる。

【0074】

しかしながら、第２時点における素材の第１中空孔の底部とマンドレルとの間の空隙Ｇ（初期空隙）が小さ過ぎると、第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減することができない場合がある。従って、第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減するためには初期空隙を十分に大きく設けることが望ましいと考えられる。ところが、本発明者による更なる研究の結果、例えば素材、マンドレル、スリーブ及び／又はコンテナを構成する材料並びに例えば押圧荷重及び又は押圧速度等の押出加工の条件等によっては、初期空隙が大き過ぎても第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減することができない場合があることが判明した。即ち、初期空隙には第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減するために好適な範囲が存在する。

【0075】

〈構成〉
そこで、第３方法は、前述した第２方法であって、初期空隙の押出方向における長さである初期長さが所定の第１長さ以上であり且つ第１長さよりも長い所定の第２長さ未満であることを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法である。初期空隙は、第２時点における素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部との間の空隙である。

【0076】

尚、第１長さは、第２時点から素材の先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分へと進入し始める時点である第３時点までの期間における素材の寸法変化の大きさに基づいて定めることができる。好ましくは、第１長さは、第２時点から第３時点までの期間における第１中空孔の底部の基端側への変位の大きさに基づいて定めることができる。このような第１中空孔の底部の基端側への変位等の素材の寸法変化の大きさは、例えば事前の予備実験による検証及び／又は流動解析等のコンピューターシミュレーション等によって特定することができる。

【0077】

一方、第２長さは、第２時点から（マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分を通過した時点以降の所定の時点である）第４時点までの期間において素材を構成する材料が素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部との間の空隙である第１空隙に流入しない最大長さ以下の所定の長さに定めることができる。斯かる第２長さもまた、例えば事前の予備実験による検証及び／又は流動解析等のコンピューターシミュレーション等によって特定することができる。

【0078】

〈効果〉
以上のように、第３方法においては、スリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させ始める時点（第２時点）において第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減するために好適な範囲に初期空隙が設定される。その結果、第３方法によれば、素材の第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞をより確実に低減することができる。

【0079】

《第４実施形態》
ところで、本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、上述した第１方法乃至第３方法を始めとする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法のみならず、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置にも関する。そこで、本発明の各種実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置につき以下に説明する。

【0080】

先ず、本発明の第４実施形態に係る差厚パイプの押出成形装置（以降、「第４装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0081】

〈構成〉
第４装置は、所定の形状を有するマンドレルと所定の形状を有するスリーブと所定の形状を有する貫通孔であるコンテナ孔が形成されたコンテナとコンテナ孔にマンドレル及びスリーブを押し込むように構成された駆動機構とを備える、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置である。前述したように、このような押出成形装置の基本的な構成については当業者に周知であり、マンドレル、スリーブ及びコンテナを始めとする構成要素は、例えば前述した押出加工において構成要素に作用する荷重等の加工条件に耐え得る性質（例えば、機械的強度及び耐久性等）を有する材料によって構成される。

【0082】

第４装置は、以下に列挙する第１工程乃至第３工程を実行することにより、所定の形状を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを押出加工によって成形するように構成されている。

【0083】

第１工程は、コンテナ孔の大内径部分に素材を挿入しコンテナ孔の内径減少部分に素材の先端側の端部を当接させ、素材の基端側の端部にスリーブを当接させ、素材の第１中空孔にマンドレルを挿入し、スリーブの先端側の端部とマンドレルの先端側の端部との間の押出方向における相対的な距離である先端間距離を所定の距離である第１距離に固定する工程である。
第２工程は、先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させることによりコンテナ孔の内径減少部分を介して小内径部分へと素材を押し込んで押出加工を行い、マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分の基端側の端部に到達する時点である第１時点までスリーブ及びマンドレルの進行を継続する工程である。
第３工程は、第１時点以降も先端間距離を第１距離に維持しつつスリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させる工程である。

【0084】

第１工程乃至第３工程の詳細については、前述した第１方法に関する説明において既に述べたので、ここでの説明は省略する。

【0085】

図１を参照しながら既に説明したように、素材２１は、第１中空部分ＰＨ１及び第１中実部分ＰＳ１からなり、全体として所定の外径である第１外径ＤＯ１を有する円柱状の外形を有する部材である。第１中空部分ＰＨ１は、押出方向における上流側である基端側の端面に開口し所定の内径である第１内径ＤＩ１を有する円柱状の空間である第１中空孔ＨＨ１が形成され所定の肉厚である第１肉厚Ｔ１を有する円筒状の部分である。第１中実部分ＰＳ１は、押出方向における下流側である先端側の端面と第１中空部分ＰＨ１との間に位置する円柱状の部分である。

【0086】

また、差厚パイプ３１は、第２中空部分ＰＨ２と、第３中空部分ＰＨ３と、第４中空部分ＰＨ４と、第２中実部分ＰＳ２からなる部材である。第２中空部分ＰＨ２は、第１外径ＤＯ１及び第１肉厚Ｔ１を有する円筒状の部分である。第３中空部分ＰＨ３は、第２中空部分ＰＨ２の先端側に隣接し基端側から先端側に向かって第１外径ＤＯ１から第１外径ＤＯ１よりも小さい所定の外径である第２外径ＤＯ２へと外径が変化し且つ第１肉厚Ｔ１から第１肉厚Ｔ１よりも小さい所定の肉厚である第２肉厚Ｔ２へと肉厚が変化する筒状の部分である。第４中空部分ＰＨ４は、第３中空部分ＰＨ３の先端側に隣接し第２外径ＤＯ２及び第２肉厚Ｔ２を有する円筒状の部分である。第２中実部分ＰＳ２は、先端側の端部と第４中空部分ＰＨ４との間に位置し第２外径ＤＯ２を有する円柱状の部分である。更に、基端側の端面に開口し第１内径ＤＩ１を有する円柱状の空間である第２中空孔ＨＨ２が第２中空部分ＰＨ２から第４中空部分ＰＨ４に亘って連続的に形成されている。

【0087】

図２を参照しながら既に説明したように、マンドレル４１は、スリーブ５１に同軸状且つ軸方向において摺動可能に内嵌され、素材２１の第１中空部分ＰＨ１の内径である第１内径ＤＩ１に対応する所定の外径である第３外径ＤＯ３を有する円柱状の形状を有する部材である。スリーブ５１は、マンドレル４１に同軸状且つ軸方向において摺動可能に外嵌され、マンドレル４１の外径である第３外径ＤＯ３に対応する所定の内径である第２内径ＤＩ２及び素材２１の外径である第１外径ＤＯ１を有する円筒状の形状を有する部材である。

【0088】

また、コンテナ６１に形成されたコンテナ孔ＨＣ１は、大内径部分ＰＤＩＬと、小内径部分ＰＤＩＳと、内径減少部分ＰＤＩＴと、からなる。大内径部分ＰＤＩＬは、基端側に形成され且つ素材２１の外径である第１外径ＤＯ１に対応する内径である第３内径ＤＩ３を有する部分である。小内径部分ＰＤＩＳは、先端側に形成され且つ差厚パイプ３１の第４中空部分ＰＨ２及び第２中実部分ＰＳ２の外径である第２外径ＤＯ２に対応する内径である第４内径ＤＩ４を有する部分である。内径減少部分ＰＤＩＴは、大内径部分ＰＤＩＬと小内径部分ＰＤＩＳとの間に形成され且つ大内径部分ＰＤＩＬから小内径部分ＰＤＩＳへと近付くにつれて第３内径ＤＩ３から第４内径ＤＩ４へと内径が減少する部分である。

【0089】

以上のように、第４装置は前述した第１方法に対応する、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置である。従って、第４装置によって成形される差厚パイプ、差厚パイプを成形する元となる素材及び素材の元となる原素材、並びに、第４装置を構成するマンドレル、スリーブ及びコンテナについては、前述した第１方法に関する説明から明らかであるので、ここでの説明は省略する。

【0090】

〈効果〉
上述したような構成を有する第４装置において第１工程乃至第３工程を実行することにより、単純な構造を有する素材から中実部分を有する差厚パイプを精度良く且つ容易に成形することができる。即ち、第４装置は、複雑な形状を有する素材を必要とすること無く亀裂及び／又は肉溜まり等の欠陥の発生を低減することができる、中実部分を有する差厚パイプの製造装置である。

【0091】

《第５実施形態》
次に、本発明の第５実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置（以降、「第５装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0092】

〈構成〉
第５装置は、上述した第４装置であって、少なくとも第２工程における押出加工の開始時点である第２時点においては素材の第１中空孔の底部とマンドレルとが接触していないことを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置である。

【0093】

以上のように、第５装置は前述した第２方法に対応する、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置である。従って、第５装置の構成及び作動の詳細については第２方法に関する説明から明らかであるので、ここでの説明は省略する。

【0094】

〈効果〉
第５装置によれば、第２工程における押出加工の開始時点において据え込み現象が発生して素材に形成された第１中空孔の底部が基端側へと変位する場合であっても、マンドレルの先端を中空孔の底部が押圧する可能性を低減することができる。その結果、第１中空孔の底部によるマンドレルの先端への押圧の反作用により第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を低減することができる。

【0095】

《第６実施形態》
次に、本発明の第６実施形態に係る、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置（以降、「第６装置」と称呼される場合がある。）について説明する。

【0096】

〈構成〉
第６装置は、上述した第５装置であって、初期空隙の押出方向における長さである初期長さが所定の第１長さ以上であり且つ第１長さよりも長い所定の第２長さ未満であることを特徴とする、中実部分を有する差厚パイプの押出成形方法である。初期空隙は、第２時点における素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部との間の空隙である。第１長さは、第２時点から素材の先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分へと進入し始める時点である第３時点までの期間における素材の寸法変化の大きさに基づいて定めることができる。第２長さは、第２時点から（マンドレルの先端側の端部がコンテナ孔の内径減少部分を通過した時点以降の所定の時点である）第４時点までの期間において素材を構成する材料が素材の第１中空孔の底部とマンドレルの先端側の端部との間の空隙である第１空隙に流入しない最大長さ以下の所定の長さに定めることができる。

【0097】

以上のように、第６装置は前述した第３方法に対応する、中実部分を有する差厚パイプの押出成形装置である。従って、第６装置の構成及び作動の詳細については第３方法に関する説明から明らかであるので、ここでの説明は省略する。

【0098】

〈効果〉
第６装置においては、スリーブ及びマンドレルを押出方向に向かって進行させ始める時点（第２時点）において第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞を十分に低減するために好適な範囲に初期空隙が設定される。その結果、第６装置によれば、素材の第１中空孔の底部と側壁部との境界に亀裂が生ずる虞をより確実に低減することができる。

【0099】

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

【符号の説明】

【0100】

１１…原素材、２１…素材、３１…差厚パイプ、４１…マンドレル、５１…スリーブ、６１…コンテナ、
ＤＯ１…第１外径、ＤＯ２…第２外径、ＤＯ３…第３外径、
ＤＩ１…第１内径、ＤＩ２…第２内径、ＤＩ３…第２内径、ＤＩ４…第２内径、
ＨＨ１…第１中空孔、ＨＨ２…第２中空孔、
Ｔ１…第１肉厚、Ｔ２…第２肉厚、
ＰＨ１…第１中空部分、ＰＨ２…第２中空部分、ＰＨ３…第３中空部分、ＰＨ４…第４中空部分、
ＰＳ１…第１中実部分、ＰＳ２…第２中実部分、
ＨＣ１…コンテナ孔、
ＰＤＩＬ…大内径部分、ＰＤＩＳ…小内径部分、ＰＤＩＴ…内径減少部分、及び
Ｇ…空隙。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】