アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの方法を用いたアルミニウム合金製中空押出形材及び自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体
【課題】本発明は、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすいアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法等並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材等を提供することを目的とする。
【解決手段】中空押出形材１の側面壁１ｃ、１ｄの少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる所定の凹溝３を設ける第１の工程と、第１の工程後に、中空押出形材１の内側半径（ｒ）の中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａに近接して設けられた移動金型６を回転中心Ｐ２に対して回転させながら中空押出形材１の曲げ加工を行う第２の工程と、を有したことを特徴とする。
【解決手段】中空押出形材１の側面壁１ｃ、１ｄの少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる所定の凹溝３を設ける第１の工程と、第１の工程後に、中空押出形材１の内側半径（ｒ）の中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａに近接して設けられた移動金型６を回転中心Ｐ２に対して回転させながら中空押出形材１の曲げ加工を行う第２の工程と、を有したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの方法を用いたアルミニウム合金製中空押出形材に関し、特に小さな曲げ半径で曲げ加工する場合に有効なアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにアルミニウム合金製中空押出形材に関する。さらに本発明は、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空押出形材で構成された枠状フレームの斜視図を図９に示す。構造用部品では、部品剛性あるいは強度を確保するために、外周部に枠状の閉断面フレームが配置されるものが多い。近年、特に自動車では車体軽量化への要望が強くなり、このような構造用部品に対して、アルミニウム合金の適用が望まれるようになってきている。特に、アルミニウム合金製中空押出形材（以下、単に「中空押出形材」とも称す）は、鋼板やアルミニウム合金板材に比べて比強度が高く、このようなフレームへの適用が期待されている。
【０００３】
中空押出形材は断面自由度が高く、これを比較的自由に設計できることで、断面の肉厚配分や構造最適化による軽量化が期待できるという利点はあるが、長手方向には一様で、かつ直線形状という問題がある。このため、枠状フレームを構成する場合には、中空押出形材を曲げ加工する｛図９（ａ）参照｝か、複数の直材としての中空押出形材を溶接などで接合して｛図９（ｂ）参照｝製作する必要がある。このような構造用部品（枠状フレーム）は、他部品との干渉回避の観点から、枠状フレーム内外の形状制約が厳しいものが多い。このため、中空押出形材を曲げ加工する場合には、比較的小さい曲げ半径での曲げ加工が要求されることが多く、曲げ加工時の破断や座屈しわの回避が課題になっている。
【０００４】
通常、複数の直材を溶接して枠状フレームを製作する場合、これらの直材同士をほぼ直角に接合し、製作することは可能である。しかし、溶接時の熱変形により、形状精度にバラツキが生じやすいこと、また、素材によっては溶接時に熱影響で強度が低下してしまうという問題がある。また、曲げ加工費に比べて溶接費は高く、コストアップも問題になる。また、ボルトなどの締結手段による機械的接合も考えられるが、全周溶接あるいは塑性加工に比べると、点接合になることによる接合部の強度低下が問題になる。以上の点を総合的に考えると、小さい曲げ半径の曲げ加工品で枠状フレームを構成していることが望まれる。
【０００５】
上述した中空押出形材の曲げ加工には、ドローベンダーあるいはプレスベンダーが用いられること多い。これらの加工では、曲げ内側壁の座屈しわや断面変形を抑制するために、一般に芯金と呼ばれる工具を中空押出形材の内部に挿入し、断面をある程度保持しながら曲げ加工される。しかし、特に小さい曲げ半径での曲げ加工では、曲げ外側壁での破断が生じやすくなるという問題があった。また、このような芯金を用いない場合には、断面変形が顕著になり、他部品との接合のために必要な面精度、あるいは外観性状が得られないという問題が生じる。
【０００６】
アルミニウム合金製中空押出形材は、従来から用いられている鋼管などに比べてさらに伸びが小さく、破断が生じやすい。特に、素材強度が高くなるほど、伸びも小さくなる傾向にあり、高強度が要求される部品ほど加工不良が発生しやすく、成形可能な製品形状が制限されることが大きな問題であった。このような中空押出形材の曲げ加工時の破断や断面変形抑制のために、以下のような提案がなされている。
【０００７】
例えば、金属パイプの曲げ加工時の破断やしわの双方の抑制のために、高周波加熱などを用いた温間成形により、素材の伸びを向上させることで破断やしわを抑制する手法が開示されている（特許文献１参照）。しかし、このような温間領域での加工では、破断回避のための加工速度低下や加熱に起因するコストアップ、素材によっては温度上昇による材質変化、熱変形による形状精度悪化も問題になる。
【０００８】
したがって、新たに発生する上記各種の問題点を解消する技術として、中空押出形材を冷間加工により、小さい曲げ半径で精度よく曲げ加工する手法が最も望まれる。このために、中空押出形材の曲げ内側壁を断面内側に凹ませながら曲げ加工することで、小さい曲げ半径での曲げ加工破断を防止する案がいくつか提案されている（特許文献２〜６参照）。これら特許文献２〜６に開示された技術の特徴は，曲げ内側壁を断面内側に凹ませることで、断面高さを局所的に減少あるいは曲げ中立軸の曲げ外側方向への移動により、曲げ外側壁に生じるひずみ量を低減するものである。
【０００９】
特に特許文献６の技術では、中空押出形材の側面壁に予め凹部を設けた後に曲げ加工することで、曲げ内側壁を積極的に断面内側に移動させて破断を防止する方法も提案されている（特許文献６参照）。
【００１０】
さらに、中空押出形材の曲げ加工の後、中空押出形材内部から内圧を加えるハイドロフォーム成形を追加することで、変断面加工と形状精度確保の両立を図る技術も開示されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２６７９３４０号公報
【特許文献２】特開平０８−６６７２７号公報
【特許文献３】特許第３１７９３８４号公報
【特許文献４】特開２００２−２６３７３８号公報
【特許文献５】特開２００３−１３９１８０号公報
【特許文献６】特許第４３２０８５６号公報
【特許文献７】特許第４２５９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献２〜７に開示された技術にも、以下のような問題点が存在する。
【００１３】
上記特許文献２〜６に開示された技術では、曲げ内側壁が断面内側に大きく凹むが、この際、金型による拘束を受けないために凹部形状が出来なりになり、この部位の形状精度を保証し難いという問題点がある。また、特許文献３のように、曲げ内側壁の変形に起因して、側面壁が断面外側に凸変形する場合には、他部品との干渉や接合も問題になることが多い。
【００１４】
上記特許文献６に開示された技術では、側面壁に断面内側への凹部を設けていることで、断面外側への凸変形は抑制できるが、曲げ内側壁は座屈によって、断面内側に大きく凹み変形するため、曲げ内側壁の精度確保を保証し難いという問題点は上記特許文献２〜５と共通である。そして、このように曲げ内側壁が大きく凹む場合、曲げ外側壁の変形も、長手方向の狭い領域に集中することになる。これに伴って、特許文献３の図５に見られるように曲げ外側壁も局所的に断面内側への凹部が生じやすくなり、曲げ内側および外側壁の形状精度を確保しにくいという問題がある。
【００１５】
上記特許文献７に開示された技術は、形材内部から液圧を加えるために、端部をクランプする必要があることで素材歩留まりが悪くなったり、液圧成形適用による加工時間の長時間化などによるコストアップが問題になる。
【００１６】
本発明の目的は、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすいアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することにある。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、
を有したことを特徴とするアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記所定の凹溝の前記中空押出形材の長手方向の長さＤは、曲げ金型を用いて前記中空押出形材を曲げる場合の側面壁上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するようにしたことを特徴とする。
【数１】
Ｈ：側面壁の高さ
Ｂ：側面壁あるいは中リブにより支持される曲げ内側壁の幅
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記中空押出形材の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と前記中空押出形材の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係は、下記式（３）を満足するようにしたことを特徴とする。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記中空押出形材の断面形状は略矩形であり、この断面の角には半径３ｍｍ以上の面取りが施されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記中空押出形材は、少なくとも第２の工程の曲げ加工が行われる前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の熱処理が施された６０００系または７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を自動車用バッテリーフレームの一部として用いることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム製造方法である。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする自動車用バッテリーフレームである。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を座席のフレーム構造体の一部として用いることを特徴とする座席のフレーム構造体製造方法である。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする座席のフレーム構造体である。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明は、
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、を有しているため、
冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすいアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することができる。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。
【図２】同曲げ加工方法を施した場合の側面壁の状態を説明するための模式説明図である。
【図３】アルミニウム合金製中空押出形材の縦圧壊試験図とその試験による座屈時のしわを評価する評価指標図である。
【図４】同縦圧壊試験による圧縮ひずみ量（ε）と｛曲げ内側壁のしわの平均波長λave／曲げ内側壁の幅Ｂ｝の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の他の実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。
【図６】アルミニウム合金製中空押出形材の他の断面形状を説明するための模式説明図である。
【図７】本発明の曲げ加工方法を施した場合の実施例における曲げ内側壁の凸しわの発生状態を説明するための斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は同実施例における曲げ外側壁の破断の有無を説明するための斜視図、（ｄ）は曲げ外側壁のひずみ状態の評価結果を説明するための説明図である。
【図９】従来例の枠状フレームの構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、具体的に図面を参照しながら、本発明に係るアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法について説明する。
【００３０】
（実施形態）
図１は本発明の一実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図であり、（ａ）は中空押出形材を曲げ金型にセットした状態の正面断面図、（ｂ）は曲げ加工前に中空押出形材の側面壁に凹溝を設ける第１の工程を示す側面断面図、（ｃ）は中空押出形材に対して曲げ加工を施す第２の工程を示す正面断面図である。
【００３１】
図１において、１は断面が例えばロ字形のアルミニウム合金製中空押出形材、１ａは曲げ外側壁、１ｂは曲げ内側壁、１ｃは左側面壁、１ｄは右側面壁、２は所定の凹溝３を形成するための押込み金型、４は曲げ金型、５は背面抑え金型、６は移動金型である。
【００３２】
図１（ａ）は、中心Ｐ１から曲率半径ｒの曲面が設けられた曲げ金型４に中空押出形材１をセットした状態を示す。
【００３３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のようにセットされた中空押出形材１（曲げ外側壁１ａと曲げ内側壁１ｂの幅：Ｂ、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ：Ｈ）の曲げ半径（ｒ）方向に略平行な左側面壁１ｃと右側面壁１ｄにそれぞれ押込み金型２を用いて、凹溝３が直線Ｘに接する曲げ開始点から長さＤ｛図１（ａ）参照｝となるようにプレス加工により設ける工程｛第１の工程｝を示す。この凹溝３は、後記図１（ｃ）に示す曲げ加工を施す領域の全長に対応するように、かつ、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に設けられている。本実施形態のように、凹溝３を左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に必ずしも設ける必要はないが、より対称に近い変形形状を得るためには、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に設けることが好ましい。なお、上記第１工程は、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれにおいて、中空押出形材１のロ字形の断面内側への凹み変形を容易に起すために設けるものであり、必要に応じて形状と深さなどは便宜選択される。
【００３４】
図１（ｃ）は、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれに凹溝３が設けられた中空押出形材１を曲げ金型４と背面抑え金型で挟んだ状態で、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａに近接して設けられた移動金型６を回転中心Ｐ２を中心にして矢印で示す曲げ加工方向に回転させながら中空押出形材１を例えば曲げ角度θ＝９０°となるように曲げ加工を行う工程（第２の工程）を示す。上記回転中心Ｐ２は、中心Ｐ１と中空押出形材１の曲げ角度（θ＝９０°）の中央（θ／２＝４５°）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、中空押出形材１の曲げ加工が施される領域側から見て中心Ｐ１より遠い位置に設定された中心である。
【００３５】
上述したような第１工程と第２の工程を有しているため、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすい｛曲げ外側壁１ａの“破断”を回避できる。｝アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することができる。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することもできる。
【００３６】
図２（ａ）は、図１に示す本発明の曲げ加工方法を施した場合の中空押出形材１の左側面壁１ｃの状態を説明するための模式説明図であり、図２（ｂ）は同左側面壁１ｃの拡大模式説明図である。上述したように、移動金型６を回転中心Ｐ２を中心にして回転移動させることにより、所定の凹溝３がそれぞれ設けられた左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの高さＨが縮小するような変形が促進される（図２参照）。また、この曲げ加工の際には、曲げ内側壁１ｂが曲げ金型４に押し付けられるように変形するため、曲げ内側壁１ｂにしわなどの凹凸変形が生じにくく、曲げ内側壁の面精度を確保しやすい。また、本発明に係る曲げ加工方法は、前述の特許文献２〜６に記載の技術に比べると、曲げ外側壁の変形領域を広くできることで、ひずみの集中を抑制、すなわち、ひずみ量がより小さく、破断が生じにくい。そしてひずみ量が小さく、かつ、工具による拘束も作用することで曲げ外側壁の精度も確保しやすい点に特徴がある。
【００３７】
上記第１の工程においては、中空押出形材１の曲げ半径方向に略平行な左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの少なくとも曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる所定の凹溝３が設けられているため、芯金を用いなくても、曲げ加工を施す領域以外の変形が生じにくくなり、曲げ外側壁１ａの面精度等の形状精度が確保しやすい｛すなわち、曲げ外側壁１ａの“破断”を回避できる｝という利点がある。これにより、曲げ加工時の芯金の挿入不良などの問題も生じにくくなるという利点がある。また、芯金を用いなくても中空押出形材１の形状精度の良い曲げ加工が出来るという点で、中空押出形材１への芯金の挿入距離が長くなる長尺物の曲げ加工に好適であり、かつ複数回の曲げ加工を行う必要がある中空押出形材１にも本発明は適用しやすいという利点がある。
【００３８】
また、第２の工程（曲げ加工）においては、中空押出形材１の（曲げ外側壁１ａと曲げ内側壁１ｂの幅Ｂ）及び（左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さＨ）並びに断面の肉厚ｔ（後記）の条件によっては、曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり点周辺に断面外側方向へ飛び出すような凸しわが発生する。この凸しわを小さくするためには、所定の凹溝３の長さＤが、曲げ金型４を用いて中空押出形材１を曲げる場合の曲げ開始点（図１に示す中空押出形材１を横断する線Ｘ上にある）から下記式（１）で規定した長さを満足するように設けるのが望ましい。
【数１】
【００３９】
所定の凹溝３の長さＤが、上記式（１）で規定した長さを満足するように設けるのが望ましい理由について、図３、図４を用いながら以下に説明する。
【００４０】
曲げ内側壁１ｂの凸しわは、圧縮応力に起因して発生する。上記図１に示すように、中空押出形材１の曲げ開始点側については、あらかじめ曲げ金型４と接触しているために、断面外側方向への凸しわは発生しにくい。しかし、中空押出形材１の曲げ終わり点側については、加工途中段階で、曲げ内側壁１ｂの断面外側方向を向く凸変形を抑制する工具がないために、凸しわが発生する可能性がある。しかし、本発明者は、中空押出形材１に曲げ加工を施す場合の中空押出形材１の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な左側面壁１ｃや右側面壁１ｄの少なくとも曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる上記式（１）で規定した長さＤの凹溝３を設けておくことで、「前記凸しわが大幅に緩和される」という新たな知見を得た。
【００４１】
そして、この凹溝３の長さＤについては、矩形断面形材の圧壊試験結果から得た知見に応じて設定することで、凸しわを抑制できることを見出した。具体的には、図３（ａ）に示す供試材｛アルミニウム合金６０６３−Ｔ１調質材、断面形状（寸法Ｂ×Ｂ、厚さｔ、角にＣ面付与）×長さＨ｝を用いて、図３（ｂ）に示すような縦圧壊試験｛圧壊速度２ｍｍ/ｓｅｃ、無潤滑｝を行なった結果、図４に示すような知見を得た。すなわち、しわの平均波長λａｖｅ｛図３（ｃ）参照｝は、左側面壁１ｃや右側面壁１ｄ側面壁あるいは中リブ（後記図６参照）により支持される曲げ内側壁１ｂの幅Bの約０．８〜１．６倍程度になる（図４参照）。つまり、曲げ加工部とその管長手方向前後に、前記しわの波長分に相当する領域をカバーするように前記凹溝３を設定することで、曲げ内側壁１ｂに加わる圧縮応力を大幅に低減し、凸しわを抑制できる。この長さが上記式（１）で規定した長さＤである。この凹溝３の長さＤは、上記式（１）で規定した長さよりも長く設定しても問題なく曲げ加工可能であるが、当然変形の生じる領域が拡大することになる。したがって、できるだけ変形を受けない領域を長くする方が、曲げ加工後の形状精度確保には有利であるため、前記凹溝３の長さＤは上記式（１）で示す範囲に設けるのが好ましいといえる。
【００４２】
また、前記所定の凹溝３の長さＤは、曲げ金型４を用いて中空押出形材１を曲げる場合の左側面壁１ｃや右側面壁１ｄ上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するように設けることが好ましい。何故ならば、この曲げ開始点よりも端部側に設けても問題ないが、変形領域は当然拡大することになる。逆に、曲げ開始点よりも曲げ加工部側に移動すると、曲げ加工時の左側面壁１ｃや右側面壁１ｄの変形のきっかけが生じにくくなり、これに起因して中空押出形材１の断面の変形が生じやすくなる。
【００４３】
また、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａの破断を確実に回避するためには、中空押出形材１の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と中空押出形材１の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係が、下記式（３）を満足するのが望ましい。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【００４４】
すなわち、上記式（２）は、図１に示す幾何学的形状から、曲げ角度中央（θ／２）での曲げ外側ひずみ量（ε）を算出したものであり、本条件に一致するように移動金型６の回転中心Ｐ２と中空押出形材１の曲げ内側壁１ｂとの初期距Rの位置を定めることで、曲げ外側ひずみ量（ε）は素材の一軸引張における破断伸び（δ）以下にすることが可能であり、破断を確実に回避できることになる。
【００４５】
また，曲げ加工される中空押出形材１の断面形状は，他部品との接合面の確保を考慮すれば、略矩形であることが望ましいが、左側面壁１ｃや右側面壁１ｄでの曲げ破断防止の観点からは断面の角に半径が3mm以上のRが設けられていることが望ましい。それは、図２に示す通り、曲げ加工方法を実施した場合に左側面壁１ｃおよび右側面壁１ｄは断面内側に凹むように変形し、この際、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの表面には局所的な曲げひずみが発生する。よって、断面の角に設けられるRが小さくなれば、この曲げひずみも大きくなり、曲げ破断が生じる可能性があるためである。
【００４６】
（他の実施形態）
図５は本発明の他の実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。図５において、曲げ角度θを図１に示す実施形態に比し小さくしている以外は、図１に同じである。なお、移動金型６の回転中心Ｐ２は、曲げ金型の曲げ半径中心Ｐ１と曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上に設定されている。これにより、曲げ加工終了位置での中空押出形材１の断面高さＨの減少量を０にすることが出来る。
【００４７】
なお、本実施形態においては、中空押出形材１の断面形状がロ字形（中リブのない矩形）の例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、日形あるいは田形など中リブ１ｅを設けた断面形状であっても、適用可能である。なお、図６（ａ）に示す中リブ１ｅには第１工程における凹溝３を設けることは困難であることから、断面外周に位置する側面壁に凹溝３を設け、この変形に起因して中リブ１ｅを変形させることになる。また、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示すような側面壁の中間位置に中リブ１ｅが接続される場合、これを中心に凹溝３を設けることで対応可能である。
【００４８】
また、本発明の曲げ加工に用いるアルミニウム合金製中空押出形材は、素材の強度面から６０００系あるいは７０００系合金で構成されていることが望ましい。また、さらに望ましくは、曲げ外側壁での曲げ破断を防止するために、少なくとも曲げ加工（第２の工程）前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の短時間の熱処理が施された後、熱処理後３時間以内に冷間状態で曲げ加工することが最も望ましい。このような曲げ加工（第２の工程）前熱処理を施した場合、素材の局部伸びが増加することが知られており、側面壁のように顕著な曲げ変形が生じる部位に使うことで、曲げ変形部での破断を防止できるといえる。
【００４９】
また、本発明の曲げ加工方法は、特に曲げ半径が小さく、かつ、曲げ角度θが大きい加工での破断防止、形状精度確保の点で有効である。また、このように曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材は、軽量化の観点から自動車などの輸送機用フレーム構造体に好適である。特に、複数の曲げ角度θ＝９０°曲げ加工により形成したL字形、コ字形あるいはロ字形フレームなどに用いるのには好適であり、自動車用バッテリーフレームあるいは座席のフレーム構造体の一部に用いることが望ましい。
【実施例】
【００５０】
本発明の曲げ加工方法の効果を確認するために、動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡを用いて、シミュレーションにて検証した。中空押出形材１として、長さL、□４０ｍｍ（ロ字形、Ｂ＝４０ｍｍ×Ｈ＝４０ｍｍ、断面の角Ｒ＝５ｍｍ、肉厚ｔ＝２ｍｍ）の７０００系押出形材のＴ１調質材を用いた。予め側面壁１ｃ、１ｄの高さＨ方向中央に、曲げ加工部の全長に渡る深さ５ｍｍの凹溝３をプレス加工により設けたものとする。
【００５１】
また、予め左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの高さＨ方向中央に、
（ａ）長さＤ＝１２０ｍｍの凹溝３を設けた場合（すなわち、Ｄ＝（ｒ＋Ｈ／２）θ＋１．０Ｂ、発明例）、
（ｂ）長さＤ＝８０ｍｍの凹溝３を設けた場合（すなわち、Ｄ＝（ｒ＋Ｈ／２）θ、発明例）、
（ｃ）凹溝３を設けない場合（比較例）の３条件を準備した。
その他の条件は共通で、冷間加工、曲げ内側半径ｒ＝３０ｍｍ、前記移動金型６の回転中心Ｐ２と中空押出形材１の曲げ内側壁１ｂとの初期距離R＝６０ｍｍ、曲げ角度θ＝９０（ｄｅｇ）としており、芯金は用いずに曲げ加工している。
【００５２】
上記３条件による曲げ加工後の曲げ内側壁１ｂの凸しわの発生状態を図７に示し、曲げ外側壁１ａのひずみ状態の評価結果を図８に示す。図８（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に示すように、凹溝３を設けた上記発明例（ａ）、（ｂ）では、曲げ外側壁１ａのひずみ量の発生が抑制される。すなわち、本願発明の適用により、曲げ外側壁１ａの破断を回避しつつ、小さな曲げ半径での曲げ加工ができることが確証された。また、図７（ａ）に示すように、凹溝３の長さＤを中空押出形材１の曲げ加工部長さに比べて長くした発明例では、曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり部の凹凸しわ深さは０．３ｍｍであり、凸しわは顕著に抑制されており、曲げ内側壁１ｂの所定の面精度が確保されていることがわかる。一方で図７（ｂ）の曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり部の凹凸しわ深さは、１．３ｍｍであった。以上のように、本発明に係る曲げ加工方法を採用することで、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工を行った場合でも、曲げ外側壁１ａの破断を初めて抑制可能（曲げ外側壁１ａの所定の面精度が確保可能）であることが判明した。さらに、凹溝３の長さＤを前述した式（１）に示すような｛例えば、上記発明例（ａ）のような｝値に設定することで、曲げ内側壁１ｂおよび曲げ外側壁１ａの面精度をより向上させることが可能である（すなわち、曲げ内側壁１ｂの凸しわの発生と曲げ外側壁１ａの破断の両方までも抑制することができる）ことが判明した。
【符号の説明】
【００５３】
１ アルミニウム合金製中空押出形材
１ａ 曲げ外側壁
１ｂ 曲げ内側壁
１ｃ 左側面壁
１ｄ 右側面壁
１ｅ 中リブ
２ 押込み金型
３ 凹溝
４ 曲げ金型
５ 背面抑え金型
６ 移動金型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの方法を用いたアルミニウム合金製中空押出形材に関し、特に小さな曲げ半径で曲げ加工する場合に有効なアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにアルミニウム合金製中空押出形材に関する。さらに本発明は、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空押出形材で構成された枠状フレームの斜視図を図９に示す。構造用部品では、部品剛性あるいは強度を確保するために、外周部に枠状の閉断面フレームが配置されるものが多い。近年、特に自動車では車体軽量化への要望が強くなり、このような構造用部品に対して、アルミニウム合金の適用が望まれるようになってきている。特に、アルミニウム合金製中空押出形材（以下、単に「中空押出形材」とも称す）は、鋼板やアルミニウム合金板材に比べて比強度が高く、このようなフレームへの適用が期待されている。
【０００３】
中空押出形材は断面自由度が高く、これを比較的自由に設計できることで、断面の肉厚配分や構造最適化による軽量化が期待できるという利点はあるが、長手方向には一様で、かつ直線形状という問題がある。このため、枠状フレームを構成する場合には、中空押出形材を曲げ加工する｛図９（ａ）参照｝か、複数の直材としての中空押出形材を溶接などで接合して｛図９（ｂ）参照｝製作する必要がある。このような構造用部品（枠状フレーム）は、他部品との干渉回避の観点から、枠状フレーム内外の形状制約が厳しいものが多い。このため、中空押出形材を曲げ加工する場合には、比較的小さい曲げ半径での曲げ加工が要求されることが多く、曲げ加工時の破断や座屈しわの回避が課題になっている。
【０００４】
通常、複数の直材を溶接して枠状フレームを製作する場合、これらの直材同士をほぼ直角に接合し、製作することは可能である。しかし、溶接時の熱変形により、形状精度にバラツキが生じやすいこと、また、素材によっては溶接時に熱影響で強度が低下してしまうという問題がある。また、曲げ加工費に比べて溶接費は高く、コストアップも問題になる。また、ボルトなどの締結手段による機械的接合も考えられるが、全周溶接あるいは塑性加工に比べると、点接合になることによる接合部の強度低下が問題になる。以上の点を総合的に考えると、小さい曲げ半径の曲げ加工品で枠状フレームを構成していることが望まれる。
【０００５】
上述した中空押出形材の曲げ加工には、ドローベンダーあるいはプレスベンダーが用いられること多い。これらの加工では、曲げ内側壁の座屈しわや断面変形を抑制するために、一般に芯金と呼ばれる工具を中空押出形材の内部に挿入し、断面をある程度保持しながら曲げ加工される。しかし、特に小さい曲げ半径での曲げ加工では、曲げ外側壁での破断が生じやすくなるという問題があった。また、このような芯金を用いない場合には、断面変形が顕著になり、他部品との接合のために必要な面精度、あるいは外観性状が得られないという問題が生じる。
【０００６】
アルミニウム合金製中空押出形材は、従来から用いられている鋼管などに比べてさらに伸びが小さく、破断が生じやすい。特に、素材強度が高くなるほど、伸びも小さくなる傾向にあり、高強度が要求される部品ほど加工不良が発生しやすく、成形可能な製品形状が制限されることが大きな問題であった。このような中空押出形材の曲げ加工時の破断や断面変形抑制のために、以下のような提案がなされている。
【０００７】
例えば、金属パイプの曲げ加工時の破断やしわの双方の抑制のために、高周波加熱などを用いた温間成形により、素材の伸びを向上させることで破断やしわを抑制する手法が開示されている（特許文献１参照）。しかし、このような温間領域での加工では、破断回避のための加工速度低下や加熱に起因するコストアップ、素材によっては温度上昇による材質変化、熱変形による形状精度悪化も問題になる。
【０００８】
したがって、新たに発生する上記各種の問題点を解消する技術として、中空押出形材を冷間加工により、小さい曲げ半径で精度よく曲げ加工する手法が最も望まれる。このために、中空押出形材の曲げ内側壁を断面内側に凹ませながら曲げ加工することで、小さい曲げ半径での曲げ加工破断を防止する案がいくつか提案されている（特許文献２〜６参照）。これら特許文献２〜６に開示された技術の特徴は，曲げ内側壁を断面内側に凹ませることで、断面高さを局所的に減少あるいは曲げ中立軸の曲げ外側方向への移動により、曲げ外側壁に生じるひずみ量を低減するものである。
【０００９】
特に特許文献６の技術では、中空押出形材の側面壁に予め凹部を設けた後に曲げ加工することで、曲げ内側壁を積極的に断面内側に移動させて破断を防止する方法も提案されている（特許文献６参照）。
【００１０】
さらに、中空押出形材の曲げ加工の後、中空押出形材内部から内圧を加えるハイドロフォーム成形を追加することで、変断面加工と形状精度確保の両立を図る技術も開示されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２６７９３４０号公報
【特許文献２】特開平０８−６６７２７号公報
【特許文献３】特許第３１７９３８４号公報
【特許文献４】特開２００２−２６３７３８号公報
【特許文献５】特開２００３−１３９１８０号公報
【特許文献６】特許第４３２０８５６号公報
【特許文献７】特許第４２５９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献２〜７に開示された技術にも、以下のような問題点が存在する。
【００１３】
上記特許文献２〜６に開示された技術では、曲げ内側壁が断面内側に大きく凹むが、この際、金型による拘束を受けないために凹部形状が出来なりになり、この部位の形状精度を保証し難いという問題点がある。また、特許文献３のように、曲げ内側壁の変形に起因して、側面壁が断面外側に凸変形する場合には、他部品との干渉や接合も問題になることが多い。
【００１４】
上記特許文献６に開示された技術では、側面壁に断面内側への凹部を設けていることで、断面外側への凸変形は抑制できるが、曲げ内側壁は座屈によって、断面内側に大きく凹み変形するため、曲げ内側壁の精度確保を保証し難いという問題点は上記特許文献２〜５と共通である。そして、このように曲げ内側壁が大きく凹む場合、曲げ外側壁の変形も、長手方向の狭い領域に集中することになる。これに伴って、特許文献３の図５に見られるように曲げ外側壁も局所的に断面内側への凹部が生じやすくなり、曲げ内側および外側壁の形状精度を確保しにくいという問題がある。
【００１５】
上記特許文献７に開示された技術は、形材内部から液圧を加えるために、端部をクランプする必要があることで素材歩留まりが悪くなったり、液圧成形適用による加工時間の長時間化などによるコストアップが問題になる。
【００１６】
本発明の目的は、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすいアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することにある。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、
を有したことを特徴とするアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記所定の凹溝の前記中空押出形材の長手方向の長さＤは、曲げ金型を用いて前記中空押出形材を曲げる場合の側面壁上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するようにしたことを特徴とする。
【数１】
Ｈ：側面壁の高さ
Ｂ：側面壁あるいは中リブにより支持される曲げ内側壁の幅
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記中空押出形材の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と前記中空押出形材の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係は、下記式（３）を満足するようにしたことを特徴とする。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記中空押出形材の断面形状は略矩形であり、この断面の角には半径３ｍｍ以上の面取りが施されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記中空押出形材は、少なくとも第２の工程の曲げ加工が行われる前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の熱処理が施された６０００系または７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を自動車用バッテリーフレームの一部として用いることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム製造方法である。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする自動車用バッテリーフレームである。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を座席のフレーム構造体の一部として用いることを特徴とする座席のフレーム構造体製造方法である。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする座席のフレーム構造体である。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明は、
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、を有しているため、
冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすいアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することができる。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。
【図２】同曲げ加工方法を施した場合の側面壁の状態を説明するための模式説明図である。
【図３】アルミニウム合金製中空押出形材の縦圧壊試験図とその試験による座屈時のしわを評価する評価指標図である。
【図４】同縦圧壊試験による圧縮ひずみ量（ε）と｛曲げ内側壁のしわの平均波長λave／曲げ内側壁の幅Ｂ｝の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の他の実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。
【図６】アルミニウム合金製中空押出形材の他の断面形状を説明するための模式説明図である。
【図７】本発明の曲げ加工方法を施した場合の実施例における曲げ内側壁の凸しわの発生状態を説明するための斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は同実施例における曲げ外側壁の破断の有無を説明するための斜視図、（ｄ）は曲げ外側壁のひずみ状態の評価結果を説明するための説明図である。
【図９】従来例の枠状フレームの構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、具体的に図面を参照しながら、本発明に係るアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法について説明する。
【００３０】
（実施形態）
図１は本発明の一実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図であり、（ａ）は中空押出形材を曲げ金型にセットした状態の正面断面図、（ｂ）は曲げ加工前に中空押出形材の側面壁に凹溝を設ける第１の工程を示す側面断面図、（ｃ）は中空押出形材に対して曲げ加工を施す第２の工程を示す正面断面図である。
【００３１】
図１において、１は断面が例えばロ字形のアルミニウム合金製中空押出形材、１ａは曲げ外側壁、１ｂは曲げ内側壁、１ｃは左側面壁、１ｄは右側面壁、２は所定の凹溝３を形成するための押込み金型、４は曲げ金型、５は背面抑え金型、６は移動金型である。
【００３２】
図１（ａ）は、中心Ｐ１から曲率半径ｒの曲面が設けられた曲げ金型４に中空押出形材１をセットした状態を示す。
【００３３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のようにセットされた中空押出形材１（曲げ外側壁１ａと曲げ内側壁１ｂの幅：Ｂ、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ：Ｈ）の曲げ半径（ｒ）方向に略平行な左側面壁１ｃと右側面壁１ｄにそれぞれ押込み金型２を用いて、凹溝３が直線Ｘに接する曲げ開始点から長さＤ｛図１（ａ）参照｝となるようにプレス加工により設ける工程｛第１の工程｝を示す。この凹溝３は、後記図１（ｃ）に示す曲げ加工を施す領域の全長に対応するように、かつ、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に設けられている。本実施形態のように、凹溝３を左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に必ずしも設ける必要はないが、より対称に近い変形形状を得るためには、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さ方向中心に設けることが好ましい。なお、上記第１工程は、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれにおいて、中空押出形材１のロ字形の断面内側への凹み変形を容易に起すために設けるものであり、必要に応じて形状と深さなどは便宜選択される。
【００３４】
図１（ｃ）は、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれに凹溝３が設けられた中空押出形材１を曲げ金型４と背面抑え金型で挟んだ状態で、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａに近接して設けられた移動金型６を回転中心Ｐ２を中心にして矢印で示す曲げ加工方向に回転させながら中空押出形材１を例えば曲げ角度θ＝９０°となるように曲げ加工を行う工程（第２の工程）を示す。上記回転中心Ｐ２は、中心Ｐ１と中空押出形材１の曲げ角度（θ＝９０°）の中央（θ／２＝４５°）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、中空押出形材１の曲げ加工が施される領域側から見て中心Ｐ１より遠い位置に設定された中心である。
【００３５】
上述したような第１工程と第２の工程を有しているため、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工可能であり、曲げ外側壁の面精度を確保しやすい｛曲げ外側壁１ａの“破断”を回避できる。｝アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法並びにこの曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材を提供することができる。さらに、前記中空押出形材の曲げ加工方法を用いた自動車用バッテリーフレーム製造方法と自動車用バッテリーフレーム及び座席のフレーム構造体製造方法と座席のフレーム構造体を提供することもできる。
【００３６】
図２（ａ）は、図１に示す本発明の曲げ加工方法を施した場合の中空押出形材１の左側面壁１ｃの状態を説明するための模式説明図であり、図２（ｂ）は同左側面壁１ｃの拡大模式説明図である。上述したように、移動金型６を回転中心Ｐ２を中心にして回転移動させることにより、所定の凹溝３がそれぞれ設けられた左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの高さＨが縮小するような変形が促進される（図２参照）。また、この曲げ加工の際には、曲げ内側壁１ｂが曲げ金型４に押し付けられるように変形するため、曲げ内側壁１ｂにしわなどの凹凸変形が生じにくく、曲げ内側壁の面精度を確保しやすい。また、本発明に係る曲げ加工方法は、前述の特許文献２〜６に記載の技術に比べると、曲げ外側壁の変形領域を広くできることで、ひずみの集中を抑制、すなわち、ひずみ量がより小さく、破断が生じにくい。そしてひずみ量が小さく、かつ、工具による拘束も作用することで曲げ外側壁の精度も確保しやすい点に特徴がある。
【００３７】
上記第１の工程においては、中空押出形材１の曲げ半径方向に略平行な左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの少なくとも曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる所定の凹溝３が設けられているため、芯金を用いなくても、曲げ加工を施す領域以外の変形が生じにくくなり、曲げ外側壁１ａの面精度等の形状精度が確保しやすい｛すなわち、曲げ外側壁１ａの“破断”を回避できる｝という利点がある。これにより、曲げ加工時の芯金の挿入不良などの問題も生じにくくなるという利点がある。また、芯金を用いなくても中空押出形材１の形状精度の良い曲げ加工が出来るという点で、中空押出形材１への芯金の挿入距離が長くなる長尺物の曲げ加工に好適であり、かつ複数回の曲げ加工を行う必要がある中空押出形材１にも本発明は適用しやすいという利点がある。
【００３８】
また、第２の工程（曲げ加工）においては、中空押出形材１の（曲げ外側壁１ａと曲げ内側壁１ｂの幅Ｂ）及び（左側面壁１ｃと右側面壁１ｄの高さＨ）並びに断面の肉厚ｔ（後記）の条件によっては、曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり点周辺に断面外側方向へ飛び出すような凸しわが発生する。この凸しわを小さくするためには、所定の凹溝３の長さＤが、曲げ金型４を用いて中空押出形材１を曲げる場合の曲げ開始点（図１に示す中空押出形材１を横断する線Ｘ上にある）から下記式（１）で規定した長さを満足するように設けるのが望ましい。
【数１】
【００３９】
所定の凹溝３の長さＤが、上記式（１）で規定した長さを満足するように設けるのが望ましい理由について、図３、図４を用いながら以下に説明する。
【００４０】
曲げ内側壁１ｂの凸しわは、圧縮応力に起因して発生する。上記図１に示すように、中空押出形材１の曲げ開始点側については、あらかじめ曲げ金型４と接触しているために、断面外側方向への凸しわは発生しにくい。しかし、中空押出形材１の曲げ終わり点側については、加工途中段階で、曲げ内側壁１ｂの断面外側方向を向く凸変形を抑制する工具がないために、凸しわが発生する可能性がある。しかし、本発明者は、中空押出形材１に曲げ加工を施す場合の中空押出形材１の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な左側面壁１ｃや右側面壁１ｄの少なくとも曲げ加工を施す領域に、中空押出形材１の断面内側に凹み、かつ、中空押出形材１の長手方向に伸びる上記式（１）で規定した長さＤの凹溝３を設けておくことで、「前記凸しわが大幅に緩和される」という新たな知見を得た。
【００４１】
そして、この凹溝３の長さＤについては、矩形断面形材の圧壊試験結果から得た知見に応じて設定することで、凸しわを抑制できることを見出した。具体的には、図３（ａ）に示す供試材｛アルミニウム合金６０６３−Ｔ１調質材、断面形状（寸法Ｂ×Ｂ、厚さｔ、角にＣ面付与）×長さＨ｝を用いて、図３（ｂ）に示すような縦圧壊試験｛圧壊速度２ｍｍ/ｓｅｃ、無潤滑｝を行なった結果、図４に示すような知見を得た。すなわち、しわの平均波長λａｖｅ｛図３（ｃ）参照｝は、左側面壁１ｃや右側面壁１ｄ側面壁あるいは中リブ（後記図６参照）により支持される曲げ内側壁１ｂの幅Bの約０．８〜１．６倍程度になる（図４参照）。つまり、曲げ加工部とその管長手方向前後に、前記しわの波長分に相当する領域をカバーするように前記凹溝３を設定することで、曲げ内側壁１ｂに加わる圧縮応力を大幅に低減し、凸しわを抑制できる。この長さが上記式（１）で規定した長さＤである。この凹溝３の長さＤは、上記式（１）で規定した長さよりも長く設定しても問題なく曲げ加工可能であるが、当然変形の生じる領域が拡大することになる。したがって、できるだけ変形を受けない領域を長くする方が、曲げ加工後の形状精度確保には有利であるため、前記凹溝３の長さＤは上記式（１）で示す範囲に設けるのが好ましいといえる。
【００４２】
また、前記所定の凹溝３の長さＤは、曲げ金型４を用いて中空押出形材１を曲げる場合の左側面壁１ｃや右側面壁１ｄ上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するように設けることが好ましい。何故ならば、この曲げ開始点よりも端部側に設けても問題ないが、変形領域は当然拡大することになる。逆に、曲げ開始点よりも曲げ加工部側に移動すると、曲げ加工時の左側面壁１ｃや右側面壁１ｄの変形のきっかけが生じにくくなり、これに起因して中空押出形材１の断面の変形が生じやすくなる。
【００４３】
また、中空押出形材１の曲げ外側壁１ａの破断を確実に回避するためには、中空押出形材１の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と中空押出形材１の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係が、下記式（３）を満足するのが望ましい。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【００４４】
すなわち、上記式（２）は、図１に示す幾何学的形状から、曲げ角度中央（θ／２）での曲げ外側ひずみ量（ε）を算出したものであり、本条件に一致するように移動金型６の回転中心Ｐ２と中空押出形材１の曲げ内側壁１ｂとの初期距Rの位置を定めることで、曲げ外側ひずみ量（ε）は素材の一軸引張における破断伸び（δ）以下にすることが可能であり、破断を確実に回避できることになる。
【００４５】
また，曲げ加工される中空押出形材１の断面形状は，他部品との接合面の確保を考慮すれば、略矩形であることが望ましいが、左側面壁１ｃや右側面壁１ｄでの曲げ破断防止の観点からは断面の角に半径が3mm以上のRが設けられていることが望ましい。それは、図２に示す通り、曲げ加工方法を実施した場合に左側面壁１ｃおよび右側面壁１ｄは断面内側に凹むように変形し、この際、左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの表面には局所的な曲げひずみが発生する。よって、断面の角に設けられるRが小さくなれば、この曲げひずみも大きくなり、曲げ破断が生じる可能性があるためである。
【００４６】
（他の実施形態）
図５は本発明の他の実施形態のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法を説明するための模式断面図である。図５において、曲げ角度θを図１に示す実施形態に比し小さくしている以外は、図１に同じである。なお、移動金型６の回転中心Ｐ２は、曲げ金型の曲げ半径中心Ｐ１と曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上に設定されている。これにより、曲げ加工終了位置での中空押出形材１の断面高さＨの減少量を０にすることが出来る。
【００４７】
なお、本実施形態においては、中空押出形材１の断面形状がロ字形（中リブのない矩形）の例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、日形あるいは田形など中リブ１ｅを設けた断面形状であっても、適用可能である。なお、図６（ａ）に示す中リブ１ｅには第１工程における凹溝３を設けることは困難であることから、断面外周に位置する側面壁に凹溝３を設け、この変形に起因して中リブ１ｅを変形させることになる。また、図６（ｂ）や図６（ｃ）に示すような側面壁の中間位置に中リブ１ｅが接続される場合、これを中心に凹溝３を設けることで対応可能である。
【００４８】
また、本発明の曲げ加工に用いるアルミニウム合金製中空押出形材は、素材の強度面から６０００系あるいは７０００系合金で構成されていることが望ましい。また、さらに望ましくは、曲げ外側壁での曲げ破断を防止するために、少なくとも曲げ加工（第２の工程）前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の短時間の熱処理が施された後、熱処理後３時間以内に冷間状態で曲げ加工することが最も望ましい。このような曲げ加工（第２の工程）前熱処理を施した場合、素材の局部伸びが増加することが知られており、側面壁のように顕著な曲げ変形が生じる部位に使うことで、曲げ変形部での破断を防止できるといえる。
【００４９】
また、本発明の曲げ加工方法は、特に曲げ半径が小さく、かつ、曲げ角度θが大きい加工での破断防止、形状精度確保の点で有効である。また、このように曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材は、軽量化の観点から自動車などの輸送機用フレーム構造体に好適である。特に、複数の曲げ角度θ＝９０°曲げ加工により形成したL字形、コ字形あるいはロ字形フレームなどに用いるのには好適であり、自動車用バッテリーフレームあるいは座席のフレーム構造体の一部に用いることが望ましい。
【実施例】
【００５０】
本発明の曲げ加工方法の効果を確認するために、動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡを用いて、シミュレーションにて検証した。中空押出形材１として、長さL、□４０ｍｍ（ロ字形、Ｂ＝４０ｍｍ×Ｈ＝４０ｍｍ、断面の角Ｒ＝５ｍｍ、肉厚ｔ＝２ｍｍ）の７０００系押出形材のＴ１調質材を用いた。予め側面壁１ｃ、１ｄの高さＨ方向中央に、曲げ加工部の全長に渡る深さ５ｍｍの凹溝３をプレス加工により設けたものとする。
【００５１】
また、予め左側面壁１ｃと右側面壁１ｄのそれぞれの高さＨ方向中央に、
（ａ）長さＤ＝１２０ｍｍの凹溝３を設けた場合（すなわち、Ｄ＝（ｒ＋Ｈ／２）θ＋１．０Ｂ、発明例）、
（ｂ）長さＤ＝８０ｍｍの凹溝３を設けた場合（すなわち、Ｄ＝（ｒ＋Ｈ／２）θ、発明例）、
（ｃ）凹溝３を設けない場合（比較例）の３条件を準備した。
その他の条件は共通で、冷間加工、曲げ内側半径ｒ＝３０ｍｍ、前記移動金型６の回転中心Ｐ２と中空押出形材１の曲げ内側壁１ｂとの初期距離R＝６０ｍｍ、曲げ角度θ＝９０（ｄｅｇ）としており、芯金は用いずに曲げ加工している。
【００５２】
上記３条件による曲げ加工後の曲げ内側壁１ｂの凸しわの発生状態を図７に示し、曲げ外側壁１ａのひずみ状態の評価結果を図８に示す。図８（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に示すように、凹溝３を設けた上記発明例（ａ）、（ｂ）では、曲げ外側壁１ａのひずみ量の発生が抑制される。すなわち、本願発明の適用により、曲げ外側壁１ａの破断を回避しつつ、小さな曲げ半径での曲げ加工ができることが確証された。また、図７（ａ）に示すように、凹溝３の長さＤを中空押出形材１の曲げ加工部長さに比べて長くした発明例では、曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり部の凹凸しわ深さは０．３ｍｍであり、凸しわは顕著に抑制されており、曲げ内側壁１ｂの所定の面精度が確保されていることがわかる。一方で図７（ｂ）の曲げ内側壁１ｂの曲げ終わり部の凹凸しわ深さは、１．３ｍｍであった。以上のように、本発明に係る曲げ加工方法を採用することで、冷間加工により比較的小さい曲げ半径で曲げ加工を行った場合でも、曲げ外側壁１ａの破断を初めて抑制可能（曲げ外側壁１ａの所定の面精度が確保可能）であることが判明した。さらに、凹溝３の長さＤを前述した式（１）に示すような｛例えば、上記発明例（ａ）のような｝値に設定することで、曲げ内側壁１ｂおよび曲げ外側壁１ａの面精度をより向上させることが可能である（すなわち、曲げ内側壁１ｂの凸しわの発生と曲げ外側壁１ａの破断の両方までも抑制することができる）ことが判明した。
【符号の説明】
【００５３】
１ アルミニウム合金製中空押出形材
１ａ 曲げ外側壁
１ｂ 曲げ内側壁
１ｃ 左側面壁
１ｄ 右側面壁
１ｅ 中リブ
２ 押込み金型
３ 凹溝
４ 曲げ金型
５ 背面抑え金型
６ 移動金型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、
を有したことを特徴とするアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項２】
前記所定の凹溝の前記中空押出形材の長手方向の長さＤは、曲げ金型を用いて前記中空押出形材を曲げる場合の側面壁上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【数１】
Ｈ：側面壁の高さ
Ｂ：側面壁あるいは中リブにより支持される曲げ内側壁の幅
【請求項３】
前記中空押出形材の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と前記中空押出形材の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係は、下記式（３）を満足するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【請求項４】
前記中空押出形材の断面形状は略矩形であり、この断面の角には半径３ｍｍ以上の面取りが施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項５】
前記中空押出形材は、少なくとも第２の工程の曲げ加工が行われる前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、処理時間２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の短時間熱処理が施された６０００系または７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を自動車用バッテリーフレームの一部として用いることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を座席のフレーム構造体の一部として用いることを特徴とする座席のフレーム構造体製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする座席のフレーム構造体。
【請求項１】
アルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法であって、
この中空押出形材に曲げ加工を施す場合の前記中空押出形材の曲げ内側半径（ｒ）方向に略平行な側面壁の少なくとも前記曲げ加工を施す領域に、前記中空押出形材の断面内側に凹み、かつ、前記中空押出形材の長手方向に伸びる所定の凹溝を設ける第１の工程と、
前記第１の工程後に、前記内側半径（ｒ）の中心Ｐ１と前記曲げ加工を施す場合の曲げ角度（θ）の中央（θ／２）の位置を結ぶ直線上にあり、かつ、前記曲げ加工が施される領域から見て前記中心Ｐ１より遠い所定の位置に設定された点を回転中心Ｐ２とする、前記中空押出形材の曲げ外側壁に近接して設けられた移動金型を前記回転中心Ｐ２に対して回転させながら前記中空押出形材の曲げ加工を行う第２の工程と、
を有したことを特徴とするアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項２】
前記所定の凹溝の前記中空押出形材の長手方向の長さＤは、曲げ金型を用いて前記中空押出形材を曲げる場合の側面壁上の曲げ開始点から下記式（１）で規定した長さを満足するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【数１】
Ｈ：側面壁の高さ
Ｂ：側面壁あるいは中リブにより支持される曲げ内側壁の幅
【請求項３】
前記中空押出形材の中央（θ／２）の位置における下記式（２）で示す曲げ外側ひずみ量（ε）と前記中空押出形材の一軸引張変形における破断伸び（δ）との関係は、下記式（３）を満足するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【数２】
Ｒ：移動金型の回転中心Ｐ２と中空押出形材の曲げ内側壁との初期距離
【数３】
【請求項４】
前記中空押出形材の断面形状は略矩形であり、この断面の角には半径３ｍｍ以上の面取りが施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項５】
前記中空押出形材は、少なくとも第２の工程の曲げ加工が行われる前に材料到達温度が２００℃以上、かつ、処理時間２０ｓｅｃ以下（ゼロは含まない）の短時間熱処理が施された６０００系または７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法により曲げ加工されたアルミニウム合金製中空押出形材。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を自動車用バッテリーフレームの一部として用いることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする自動車用バッテリーフレーム。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を座席のフレーム構造体の一部として用いることを特徴とする座席のフレーム構造体製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製中空押出形材の曲げ加工方法によりL字形、コ字形あるいはロ字形に曲げ加工したアルミニウム合金製中空押出形材を一部に用いてなることを特徴とする座席のフレーム構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０７１１７（Ｐ２０１３−１０７１１７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５４２５（Ｐ２０１１−２５５４２５）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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