多角形断面部材の電磁成形方法
【課題】筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面の部材を成形する場合に、断面のコーナー部のＲをより小さく成形できるようにする。
【解決手段】アルミニウム合金素材２１の断面が、略円形の基本断面２４の周方向に沿った複数の円弧状領域２２と、円弧状領域２２に挟まれた複数の凹凸領域２３からなる。凹凸領域２３では、周壁が基本断面２４から外れて外向きに突出し、各凹凸領域２３の周壁の周長Ｌ１は、同領域が基本断面２４の周方向に沿って円弧状に形成された場合の周長Ｌ０より長い。各凹凸領域２３は金型３のコーナー部３ａに対向して配置される。電磁成形用コイル２がアルミニウム合金素材２１の中に配置される。
【解決手段】アルミニウム合金素材２１の断面が、略円形の基本断面２４の周方向に沿った複数の円弧状領域２２と、円弧状領域２２に挟まれた複数の凹凸領域２３からなる。凹凸領域２３では、周壁が基本断面２４から外れて外向きに突出し、各凹凸領域２３の周壁の周長Ｌ１は、同領域が基本断面２４の周方向に沿って円弧状に形成された場合の周長Ｌ０より長い。各凹凸領域２３は金型３のコーナー部３ａに対向して配置される。電磁成形用コイル２がアルミニウム合金素材２１の中に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形状の断面形状を有する部材（多角形断面部材）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面又は／及び端面に沿った断面形状に拡管成形する電磁成形方法が、種々の部材の成形に適用されている。
例えば特許文献１には、アルミニウム合金素材の端部を拡開して、フランジ付きのバンパーステイを成形することが記載されている。特許文献２には、アルミニウム合金素材の前方部分をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入し、後方部分の周囲を金型で包囲し、前記アルミニウム合金素材の全長を拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。特許文献３には、１回目の拡管成形でアルミニウム合金素材の後方部分を径大に成形すると同時に後端にフランジを成形し、２度目の拡管成形では、前半部をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入して拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。また、特許文献４には、円形断面のアルミニウム合金素材を、多角形等の異形断面に拡管成形することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８９０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３７８１８号公報
【特許文献３】特開２０１０−６９９２７号公報
【特許文献４】特開平６−３１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁成形による拡管では、電磁成形用コイルとして、一般に中空四角形断面の導体を同一径でらせん状に巻いた円断面コイルが用いられる。これは、円断面コイルは成形しやすく、かつ導体を取り巻く絶縁樹脂層が電磁成形時の反発力が繰り返し加わっても破損しにくいためである。また、電磁成形力はアルミニウム合金素材と電磁成形コイルの距離の３乗に反比例するから、アルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間がごく小さくなるように、アルミニウム合金素材は同じく円形断面のものが用いられている。
【０００５】
このような電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、特許文献４に示すように、例えば四角形断面部材を電磁成形しようとすると、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界等のため、四角形断面部材のコーナー部のＲ（半径）を小さく成形できないという問題がある。この点について図６〜８を参照して説明する。
まず、図６（ａ）では、円筒状のアルミニウム合金素材１を内周面が四角形断面（この例では正四角形）を有する金型３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材１の内部に円形断面の電磁成形用コイル２を配置している。金型３のコーナー部３ａの内周面のＲは、目標とする四角形断面部材の断面形状に合わせて比較的小さく形成されている。
【０００６】
図６（ａ）の状態で電磁成形用コイル２に通電してアルミニウム合金素材１を拡管成形する。このとき、アルミニウム合金素材１が、金型３の内周面のコーナー部３ａに達するまで変形（拡管）すれば、成形された四角形断面部材は、図６（ｂ）に２点鎖線で示す目標断面形状５のようになる。しかし、この目標断面形状５のようなコーナーＲの小さい四角形断面部材を成形するのは一般的には困難であり、実際に成形される四角形断面部材４は、図６（ｂ）に実線で示すように、コーナー部４ａのＲが目標断面形状５（金型３の内周面に沿った形状）のコーナー部５ａのＲに比べて大きくなってしまう。つまり、アルミニウム合金素材１が、金型３の内周面のコーナー部３ａに達するほどの変形（拡管）をしないということである。
【０００７】
仮に、この拡管成形において、電磁成形用コイル２に投入する電気エネルギーが大きく、アルミニウム合金素材１に十分大きい電磁成形力が生じた場合、アルミニウム合金素材１が金型３のコーナー部３ａの内周面に達するまで変形（拡管）し、その結果、コーナー部のＲの小さい四角形断面部材を成形することができる。しかし、投入する電気エネルギーが大きいと、電磁成形用コイル２の耐久性が低下する。また、金型３のコーナー部３ａ付近ではアルミニウム合金素材１の周長の変化（材料の延び）が大きくなることで、四角形断面部材の肉厚がコーナー部において局部的に減少し、さらに破断に至るということも生じ得る。従って、現状の電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、現実に四角形断面部材を電磁成形する場合、図６（ｂ）に示すとおり、コーナー部４ａのＲを目標どおりに小さく成形するのは一般的に困難である。
【０００８】
次に、図７では、円筒状のアルミニウム合金素材１１を金型１３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材１１の内部に円形断面の電磁成形用コイル１２を配置し、この状態で電磁成形用コイル１２に通電して、アルミニウム合金素材１１を拡管成形している。金型１３は内周面が四角形断面（この例では正四角形）で、長さ方向に沿って大断面部１３Ａと小断面部１３Ｂを有し、両者の間に段差部１３Ｃが形成されている。この電磁成形により、図８に示すとおり、大断面部１４Ａと小断面部１４Ｂ及び両者の間の段差部１４Ｃからなる四角形断面部材（バンパーステイ）１４が成形される。
この例でも、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界のため、目標断面形状（金型１３の内周面に沿った形状）が得られず、実際に成形される四角形断面部材１４は、大断面部１４Ａ、小断面部１４Ｂ、及び打差部１４Ｃの全てのコーナー部のＲが、前記目標断面形状のコーナー部のＲに比べて大きくなってしまう。
【０００９】
バンパーステイ１４は、図８に示すように、小断面部１４Ｂが２点鎖線で示すサイドメンバー１５の断面内に挿入され、段差部１４Ｃがサイドメンバ１５の先端のフランジ１５Ａに当接し、小断面部１４Ｂとサイドメンバー１５がボルト締結され、これによりバンパーステイ１４はサイドメンバー１５に固定される。衝突時にバンパーステイ１４に掛かる荷重は、バンパーステイ１４の大断面部１４Ａから、フランジ１５Ａを介してサイドメンバー１５に伝達される。ここで、サイドメンバーは一般にコーナー部のＲが小さく、稜線部が明確な四角形〜八角形の多角形断面を有しており、このサイドメンバー１５も同じく、コーナー部１５ａのＲが小さく、稜線部が明確な正四角形断面を有している。
【００１０】
従って、図８（ａ）に示すように、バンパーステイ１４の大断面部１４Ａとサイドメンバー１５は、軸方向に見たとき、断面のコーナー部１４ａ，１５ａにおいて一致しない。このため、バンパーステイ１４に係る衝突荷重を、大径部１４Ａのコーナー部１４ａからサイドメンバー１５のコーナー部１５ａに伝達することができず、その結果、バンパーステイ１４の変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、従来の電磁成形方法の上記問題点に鑑みてなされたもので、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面の部材を成形する場合に、断面のコーナー部のＲをより小さく成形できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面に沿った断面形状に拡管成形する多角形断面部材の電磁成形方法を改良したもので、特にアルミニウム合金素材の断面形状と、アルミニウム合金素材の金型内での配置形態に特徴がある。具体的には、前記アルミニウム合金素材の周壁の断面は、略円形の基本断面の周方向に沿った複数の円弧状領域と、前記円弧状領域に挟まれた複数の凹凸領域からなり、前記凹凸領域では周壁が前記基本断面から外れて内向き又は／及び外向きに突出し、各凹凸領域の周壁の周長は同領域が前記基本断面の周方向に沿って円弧状に形成された場合より長く形成されている。前記凹凸領域は、全て前記金型のコーナー部に対向して配置される。ここで、前記略円形の基本断面とは、前記円弧状領域を連結して得られる仮想的な断面を意味する。
【００１３】
上記電磁成形方法において、電磁成形用コイルは、導体を螺旋状に巻いた円断面コイルであることが望ましい。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、前記アルミニウム合金素材の一方又は両方の端部を外向きに拡開してフランジを成形することができる。
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材である。この場合、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、周壁に内向きに窪む複数個のクラッシュビード（膨出量が相対的に少ないため窪みとなる）を形成することができる。このエネルギー吸収部材は、特に自動車用として用いるに好適である。
【００１４】
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば自動車のバンパーステイ（上記エネルギー吸収部材の一種）である。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面のバンパーステイを成形すると同時に、バンパーリインフォースにかしめ接合することができる。この場合、バンパーリインフォースに前後方向に貫通する穴を形成し、前記穴に前記アルミニウム合金素材の一部を挿入し、前記アルミニウム合金素材の前記穴から後方側に突出した箇所を前記金型で包囲して電磁成形を行う。なお、バンパーステイに関して前後方向をいう場合、衝突面側が前、車体側（サイドメンバー側）が後である。
前記アルミニウム合金素材は、長手方向に沿って実質的に同一断面を有するものが望ましく、押出材のほか、板材を筒状に成形したものも含まれる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るアルミニウム合金素材は、前記凹凸領域の周壁の周長が、同領域が単なる円弧状断面である場合に比べて長く形成されている。本発明では、そのことを凹凸領域の周壁が余剰線長を有するという。本発明に係るアルミニウム合金素材は、凹凸領域の周壁が前記余剰線長を有し、かつこの凹凸領域が金型の内周面のコーナー部に対向して配置されるから、アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管したとき、前記凹凸領域の周壁が金型のコーナー部の内周面に向かって、前記余剰線長の分だけ容易に深く入り込み、前記金型のコーナー部の内周面に沿って、コーナー部のＲが小さく稜線が明確な多角形断面部材を成形することができる。
【００１６】
アルミニウム合金素材が前記凹凸領域において前記余剰線長を有することから、前記余剰線長の分だけアルミニウム合金素材の周長の変化（材料の延び）が緩和され、これにより多角形断面部材の特にコーナー部における局部的な肉厚減少が緩和され、かつ破断を防止することができる。
また、アルミニウム合金素材の周壁は、前記凹凸領域が一部に形成されているほかは、前記基本断面の周方向に沿った複数個の円弧状領域からなるので、従来どおりアルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間を小さくして、アルミニウム合金素材に十分な電磁成形力を作用させることができる。
【００１７】
本発明に掛かる多角形断面部材の製造方法を、軸方向に圧壊してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材の成形に適用した場合、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少を抑制でき、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。また、エネルギー吸収部材のうちバンパーステイの成形に適用した場合、バンパーステイの断面形状を通常多角形断面を有するサイドメンバーの断面形状と一致させることができる。これにより、衝突時にバンパーステイに掛かる荷重を、バンパーステイの周壁全周からサイドメンバーの周壁全周に伝達することができ、衝突時のパーステイの変形形態が安定化し、変形に伴う荷重変動を抑え、所定のエネルギー吸収性能が確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電磁成形方法を説明する模式図であり、アルミニウム合金素材の平面図（ａ）、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材の平面図（ｃ）を示す。
【図２】本発明に係る電磁成形方法の別の例を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、その断面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材（バンパーステイ）の平面図（ｃ）を示す。
【図３】本発明に係る電磁成形方法をバンパーステイの成形及びバンパーリインフォースとのかしめ締結に適用した例を説明する斜視図であり、バンパーリインフォースの斜視図（ａ）、バンパーリインフォースと、バンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入したアルミニウム合金素材の正面図（ｂ）、及びその側面図（ｃ）である。
【図４】電磁成形後のバンパーステイとバンパーリインフォース、及びサイドメンバーを示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電磁成形方法のさらに別の例を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、その断面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材（バンパーステイ）の平面図（ｃ）を示す。
【図６】四角形断面部材を成形する従来の電磁成形方法を説明する平面模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、及び電磁成形で得られた四角形断面部材（ｂ）を示す。
【図７】四角形断面部材（バンパーステイ）を成形する従来の電磁成形方法を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、同断面図（ｂ）を示す。
【図８】従来の電磁成形方法で得られた四角形断面部材（バンパーステイ）とサイドメンバーを組み合わせた平面図（ａ）、及び断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図５を参照し、本発明に係る電磁成形方法について、より具体的に説明する。
図１は、本発明に係る電磁成形方法を説明する模式図である。金型３及び電磁成形コイル２は、図６に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材２１は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域２２と、円弧状領域２２に挟まれた複数の凹凸領域２３からなる。
円弧状領域２２は略円形の基本断面２４（図１に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、この例では円弧状領域２２の中心角（円弧状領域２２の両端と基本断面の２４の中心Ｏのなす角度）はいずれもθ１に設定されている。基本断面２４は、先に述べたとおり、円弧状領域２２を連結して得られる仮想的な断面であり、従来のアルミニウム合金素材１（図６参照）の断面に相当する。
【００２０】
凹凸領域２３では周壁が基本断面２４から外れて外向きに突出している。この凹凸領域２３についても、円弧状領域２２と同様に中心角（凹凸領域２３の両端と基本断面の２４の中心Ｏのなす角度）という考え方を導入すると、この例では凹凸領域２３の中心角はいずれもθ２に設定されている。同じ中心角θ２で比較すると、凹凸領域２３における周壁の長さ（周長）Ｌ１は、円弧状領域２２（又は基本断面２４）の周壁の長さ（周長）Ｌ０と比較すると、周壁が外向きに湾曲して突出している分だけ長い。この周長の差（Ｌ１−Ｌ０）が、凹凸領域２３における余剰線長である。アルミニウム合金素材２１の断面全体でみれば、余剰線長はこの例では４×（Ｌ１−Ｌ０）である。
【００２１】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材２１を金型３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル２をアルミニウム合金素材２１の内部に配置する。このとき、金型３内において、アルミニウム合金素材２１を、各凹凸領域２３が金型３の各コーナー部３ａにそれぞれ対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル２に通電すると、アルミニウム合金素材２１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型３の内周面（コーナー部３ａを含めて）に達して拡管成形が終了する。この場合、アルミニウム合金素材２１の拡管は、金型３の内周面の全周で拘束されることになる。
【００２２】
余剰線長（Ｌ１−Ｌ０）を有する凹凸領域２３が、金型３のコーナー部３ａの内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域２３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部３ａの内周面の奥まで達し、全体的に金型３の内周面に沿った断面形状、すなわちコーナー部２５ａのＲが小さく稜線が明確に出た四角形断面部材２５が成形される。
この四角形断面部材２５は、例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材として用いるのに適する。四角形断面部材２５は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少が抑制されているので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。
【００２３】
図２は、本発明に係る電磁成形方法を利用してバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。電磁成形コイル１２及び金型１３は、図７に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材３１は、アルミニウム合金素材２１と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域３２と、円弧状領域３２に挟まれた複数の凹凸領域３３からなる。円弧状領域３２は略円形の基本断面３４（図２に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域３３では周壁が基本断面３４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域３３の周壁は、アルミニウム合金素材２１の凹凸領域２３と同様に余剰線長を有する。
【００２４】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材３１を金型１３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル１２をアルミニウム合金素材３１の内部に配置する。このとき、金型１３内において、アルミニウム合金素材３１を、各凹凸領域３３が金型１３の各コーナー部１３ａに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル１２に通電すると、アルミニウム合金素材３１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型１３の内周面（コーナー部１３ａを含めて）に達して拡管成形が終了する。余剰線長を有する凹凸領域３３が、金型１３のコーナー部の内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域２３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部の奥まで達し、全体的に金型１３の内周面に沿った断面形状、すなわち図２（ｃ）に示すようにコーナー部のＲが小さく稜線が明確に出たバンパーステイ３５が成形される。
【００２５】
バンパーステイ３５は、バンパーステイ１４と同様の形態でサイドメンバー１５（図８参照）に固定される。バンパーステイ３５では、大断面部３５Ａの断面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー１５の断面形状とほぼ一致させることができる。従って、衝突時にバンパーステイ３５に掛かる荷重は、バンパーステイ３５の大断面部３５Ａのコーナー部からも、フランジ１５Ａ（図８参照）を介してサイドメンバー１５に伝達され、バンパーステイ１４のように変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じない。また、バンパーステイ３５は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少を抑制できるので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたバンパーステイとなる。
【００２６】
一方、バンパーステイ３５の小断面部３５Ｂは、その外周面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー１５（図８参照）の内周面形状とほぼ一致させることができる。従って、前記小断面部３５Ｂをサイドメンバー１５の断面内にほぼ隙間なく挿入することができ、そのうえで小断面部３５Ｂとサイドメンバ−１５を側面からボルト締結することで、バンパーステイ３５とサイドメンバー１５（図８参照）の固定がより確実となる。
【００２７】
図３，４は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、バンパーステイを成形すると同時に、該バンパーステイをバンパーリインフォースに固定する方法を説明する模式図である。
図３において、アルミニウム合金素材４１は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁はアルミニウム合金素材３１と同じく、周方向に沿った複数の円弧状領域４２と、円弧状領域４２に挟まれた複数の凹凸領域４３からなり、円弧状領域４２はこれまで述べたような略円形の基本断面（図示せず）の周方向に沿って配置されている。ただし、アルミニウム合金素材４１は、サイドメンバー４４（図４参照）の断面形状が上下にやや長い長方形であるため、それに合わせて、凹凸領域４３の上下間隔ｄ１を左右間隔ｄ２より少し大きく設定している。
【００２８】
バンパーリインフォース４５は断面口形のアルミニウム合金押出材からなり、左右の端部近傍において、前後の縦壁４５ａ，４５ｂに上下方向にやや長い長方形の穴４６，４７が形成されている。穴４６，４７は、サイドメンバー４４の断面の内側輪郭（内周形状）とほぼ同一形状に形成されている。アルミニウム合金素材４１は、バンパーリインフォース４５の穴４６，４７に挿入され、前端が穴４６の先に突出している。
なお、前記穴４６，４７はバーリング穴とすることが望ましい。前方（衝突）側の穴４６をバーリング穴とする場合、該バーリング穴の穴フランジは、衝突時にバンパーカバーが破断するのを防止する観点から、後方側（サイドメンバー４４側）に向いて突出するように形成することが望ましい（特開２０１０-１１６１２９号公報参照）。
【００２９】
続いて、アルミニウム合金素材４１の後方部分（バンパーリインフォース４５の穴４７から後方側に突出している部分）の周囲に、図示しない金型が配置され、かつアルミニウム合金素材４１の内部に図示しない電磁成形用コイルが配置される。
前記金型は、内周面が四角形断面（ただしこの例では上下方向がやや長い長方形）で、金型１３と同様に、小断面部と大断面部及び両者の間の段差部からなる。前記大断面部の内周面形状は、サイドメンバー４４の断面の外側輪郭とほぼ同一形状に形成されている。ただし、前記金型の大断面部の平面領域（コーナー部以外の箇所）には、内側に突出する突起が複数個、適当な配置で形成されている。この突起はバンパーステイにクラッシュビードを形成するためのものである。前記小断面部の内周面形状は、サイドメンバー４４の断面の内側輪郭（内周形状）とほぼ同一形状に形成されている。
前記電磁成形用コイルは、電磁成形用コイル１２と同様の円断面コイルである。
【００３０】
続いて、この状態で前記電磁成形用コイルに通電し、アルミニウム合金素材４１を拡管成形して、図４に示すバンパーステイ４８を成形し、同時にバンパーリインフォース４５にかしめ締結する。
アルミニウム合金素材４１の前記後方部分は、前記金型の内部で拡管してコーナー部を含めて前記金型の内周面に拘束されて変形し、ここに大断面部４８Ａ、小断面部４８Ｂ、及び両者の間の段差部４８Ｃが成形される。大断面部４８Ａはコーナー部４８ａを含めてサイドメンバー４４の断面の外側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有し、小断面部４８Ｂは、コーナー部４８ｂを含めてサイドメンバー４４の断面の内側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有する。大断面部４８Ａと小断面部４８Ｂは、いずれもコーナー部４８ａ，４８ｂのＲが小さく、稜線部が明確な四角形断面を有している。また、大断面部４８Ａの平面領域には、前記金型の突起に対応する窪み（クラッシュビード４９）が成形されている。隣接する平面領域において、クラッシュビード４９，４９，・・は軸方向にみて異なる位置に、すなわち千鳥足配置で形成されている。
【００３１】
一方、アルミニウム合金素材４１の前方部分（前記後方部分以外の部分）は、バンパーリインフォース４５内及びバンパーリインフォース４５の前方で拡管して、縦壁４５ａ，４５ｂの部分ではコーナー部を含めて穴４６，４７の内周面に密着し、かつ縦壁４５ａ，４５ｂの間の空間では金型の拘束なしに膨張し、前端は拡開してフランジ５１が成形される。
電磁成形後、バンパーステイ４８の小断面部４８Ｂの両側面にボルト穴５２が形成される。続いてバンパーステイ４８の小断面部８４Ｂがサイドメンバー４４の断面内に挿入され、段差部４８Ｃがサイドメンバー４４の先端のフランジ４４ａに当接し、小断面部４８Ｂとサイドメンバー４４がボルト締結され、これによりバンパーステイ４８がサイドメンバー４４に固定される。
【００３２】
図５は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、フランジ付きバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。
アルミニウム合金素材６１は、アルミニウム合金素材２１と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域６２と、円弧状領域６２に挟まれた複数の凹凸領域６３からなる。円弧状領域６２は略円形の基本断面６４（図５に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域６３では周壁が基本断面６４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域６３の周壁は、アルミニウム合金素材２１の凹凸領域２３と同様に余剰線長を有する。
【００３３】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材６１を金型６６内に挿入し、アルミニウム合金素材６１の一端を金型６６の一方の端面６６ｂから突出させ、かつ電磁成形用コイル６５をアルミニウム合金素材６１の内部に配置する。このとき、金型６６内において、アルミニウム合金素材６１を、各凹凸領域６３が金型６６の各コーナー部６６ａに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル６５に通電すると、アルミニウム合金素材６１は拡管成形され、金型６６の内部では周壁が全周にわたり金型６６の内周面（コーナー部６６ａを含めて）に達し、金型６６の端面６６ｂから突出した部分では、周壁が拡開して端面６６ｂに打ち当たり、拡管成形が終了する。
【００３４】
この電磁成形で得られたフランジ付きバンパーステイ６７は、図５（ｃ）に示すように、四角形断面部６８と端部のフランジ６９からなる。余剰線長を有する凹凸領域６３が、金型６６のコーナー部６６ａに対向して配置されているため、電磁成形で拡管したとき、凹凸領域６３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部６６ａの奥まで達し、全体的に金型６６の内周面に沿った断面形状、すなわち図５（ｃ）に示すようにコーナー部のＲが小さく稜線が明確に出た四角形断面部６８を有するバンパーステイ６７が成形される。同時に、前記余剰線長の存在により、フランジ６９の局部的な肉厚減少が緩和され、破断を防止することができる
【００３５】
本発明に係る多角形断面部材の製造方法において、アルミニウム合金素材は例えば次のような実施の形態をとることができる。
（１）以上説明した例では、アルミニウム合金素材の凹凸領域には、各１個の凸部が形成されていたが、この凹凸領域には、複数個の凸部、１又は複数個の凹部（周壁が前記基本断面から外れて内向きに突出した箇所）、あるいは凸部と凹部の両方が例えば波形状に形成されていてもよい。いずれにしても、この凹凸領域において前記余剰線長が生じていなければならない。
【００３６】
（２）アルミニウム合金素材に複数の凹凸領域が存在する場合、各凹凸領域における凹部又は凸部の形状若しくは余剰線長の長さは同一である必要はなく、電磁成形で成形される多角形断面部材の形状に応じて適宜調整することができる。
また、アルミニウム合金素材の凹凸領域は、電磁成形で成形される多角形断面部材の各コーナー部（稜線部）に対応して同数個形成することが望ましいが、電磁成形時にアルミニウム合金素材の周長の変化（材料の延び）が小さい箇所（例えば多角形断面部材のコーナー部のうちコーナー角度が比較的大きい箇所）では、同箇所に対応する凹凸領域を形成しなくてもよい。
【００３７】
（３）アルミニウム合金として、電磁成形時の導電率２０％ＩＡＣＳ以上、耐力１５０ＭＰａ以下が望ましく、ＪＩＳ１０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金から選択する。熱処理型アルミニウム合金の場合、Ｔ１又はＴ４状態のアルミニウム合金素材、あるいは全体又は局部的に復元処理して軟化させたアルミニウム合金素材を用いることができる。この場合、電磁成形後に時効硬化処理（Ｔ５，Ｔ６処理）を行えばよく、図３，４の例では、バンパーステイ４８とバンパーリインフォース４５をかしめ締結後に、前記時効硬化処理を行うことになる。
（４）アルミニウム合金素材の外周長をＬｂ、電磁成形時にアルミニウム合金素材の変形を拘束する金型の内周面の周長をＬａとしたとき、０．９＜Ｌａ／Ｌｂ＜１．３に設定する。Ｌａ／Ｌｂが０．９以下だと電磁成形された多角形断面部材にシワが発生し、１．３以上だと材料が破断するおそれがある。ＬａとＬｂはほぼ同等であることが望ましい。
【００３８】
（５）アルミニウム合金素材の肉厚は全周で一定である必要はなく、周方向に沿って変化させることができる。例えば、（ａ）電磁成形用コイルの成形力が相対的に及びにくい箇所（中心Ｏから遠い箇所）、すなわち凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に薄肉とする、（ｂ）エネルギー吸収部材を製造する場合、逆に、エネルギー吸収への寄与の大きいコーナー部（稜線部）に対応する凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に厚肉とする、（ｃ）電磁成形でフランジ付き多角形断面部材を成形する場合、ボルト締結予定箇所を相対的に厚肉とする、等が考えられる。
【００３９】
（６）以上説明した例では、電磁成形に供するアルミニウム合金素材は、押出材を切断しただけのものであったが、予備加工したアルミニウム合金素材を用いることもできる（特開２０１０-１１６１２９号公報の図１６参照）。例えば図４，５の例において、多角形断面に電磁成形で拡管する前に、フランジを別途例えば電磁成形又はプレス成形等により成形しておくことができる。
（７）アルミニウム合金素材として、金属板をプレス成形又はロール成形し、筒状としたものを用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１２，６５ 電磁成形用コイル
１３，６６ 金型
２１，３１，４１，６１ アルミニウム合金素材
２２，３２，４２，６２ 円弧状領域
２３，３３，４３，６３ 凹凸領域
２４，３４，６４ 基本断面
２５，３５，４８，６７ 四角形断面部材（バンパーステイ）
４４ サイドメンバー
４５ バンパーリインフォース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形状の断面形状を有する部材（多角形断面部材）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面又は／及び端面に沿った断面形状に拡管成形する電磁成形方法が、種々の部材の成形に適用されている。
例えば特許文献１には、アルミニウム合金素材の端部を拡開して、フランジ付きのバンパーステイを成形することが記載されている。特許文献２には、アルミニウム合金素材の前方部分をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入し、後方部分の周囲を金型で包囲し、前記アルミニウム合金素材の全長を拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。特許文献３には、１回目の拡管成形でアルミニウム合金素材の後方部分を径大に成形すると同時に後端にフランジを成形し、２度目の拡管成形では、前半部をバンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入して拡管成形し、バンパーリインフォースにかしめ締結することが記載されている。また、特許文献４には、円形断面のアルミニウム合金素材を、多角形等の異形断面に拡管成形することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８９０６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３７８１８号公報
【特許文献３】特開２０１０−６９９２７号公報
【特許文献４】特開平６−３１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁成形による拡管では、電磁成形用コイルとして、一般に中空四角形断面の導体を同一径でらせん状に巻いた円断面コイルが用いられる。これは、円断面コイルは成形しやすく、かつ導体を取り巻く絶縁樹脂層が電磁成形時の反発力が繰り返し加わっても破損しにくいためである。また、電磁成形力はアルミニウム合金素材と電磁成形コイルの距離の３乗に反比例するから、アルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間がごく小さくなるように、アルミニウム合金素材は同じく円形断面のものが用いられている。
【０００５】
このような電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、特許文献４に示すように、例えば四角形断面部材を電磁成形しようとすると、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界等のため、四角形断面部材のコーナー部のＲ（半径）を小さく成形できないという問題がある。この点について図６〜８を参照して説明する。
まず、図６（ａ）では、円筒状のアルミニウム合金素材１を内周面が四角形断面（この例では正四角形）を有する金型３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材１の内部に円形断面の電磁成形用コイル２を配置している。金型３のコーナー部３ａの内周面のＲは、目標とする四角形断面部材の断面形状に合わせて比較的小さく形成されている。
【０００６】
図６（ａ）の状態で電磁成形用コイル２に通電してアルミニウム合金素材１を拡管成形する。このとき、アルミニウム合金素材１が、金型３の内周面のコーナー部３ａに達するまで変形（拡管）すれば、成形された四角形断面部材は、図６（ｂ）に２点鎖線で示す目標断面形状５のようになる。しかし、この目標断面形状５のようなコーナーＲの小さい四角形断面部材を成形するのは一般的には困難であり、実際に成形される四角形断面部材４は、図６（ｂ）に実線で示すように、コーナー部４ａのＲが目標断面形状５（金型３の内周面に沿った形状）のコーナー部５ａのＲに比べて大きくなってしまう。つまり、アルミニウム合金素材１が、金型３の内周面のコーナー部３ａに達するほどの変形（拡管）をしないということである。
【０００７】
仮に、この拡管成形において、電磁成形用コイル２に投入する電気エネルギーが大きく、アルミニウム合金素材１に十分大きい電磁成形力が生じた場合、アルミニウム合金素材１が金型３のコーナー部３ａの内周面に達するまで変形（拡管）し、その結果、コーナー部のＲの小さい四角形断面部材を成形することができる。しかし、投入する電気エネルギーが大きいと、電磁成形用コイル２の耐久性が低下する。また、金型３のコーナー部３ａ付近ではアルミニウム合金素材１の周長の変化（材料の延び）が大きくなることで、四角形断面部材の肉厚がコーナー部において局部的に減少し、さらに破断に至るということも生じ得る。従って、現状の電磁成形用コイルとアルミニウム合金素材を用いて、現実に四角形断面部材を電磁成形する場合、図６（ｂ）に示すとおり、コーナー部４ａのＲを目標どおりに小さく成形するのは一般的に困難である。
【０００８】
次に、図７では、円筒状のアルミニウム合金素材１１を金型１３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材１１の内部に円形断面の電磁成形用コイル１２を配置し、この状態で電磁成形用コイル１２に通電して、アルミニウム合金素材１１を拡管成形している。金型１３は内周面が四角形断面（この例では正四角形）で、長さ方向に沿って大断面部１３Ａと小断面部１３Ｂを有し、両者の間に段差部１３Ｃが形成されている。この電磁成形により、図８に示すとおり、大断面部１４Ａと小断面部１４Ｂ及び両者の間の段差部１４Ｃからなる四角形断面部材（バンパーステイ）１４が成形される。
この例でも、電磁成形力の制約、電磁成形用コイルの耐久性、及び材料の延び限界のため、目標断面形状（金型１３の内周面に沿った形状）が得られず、実際に成形される四角形断面部材１４は、大断面部１４Ａ、小断面部１４Ｂ、及び打差部１４Ｃの全てのコーナー部のＲが、前記目標断面形状のコーナー部のＲに比べて大きくなってしまう。
【０００９】
バンパーステイ１４は、図８に示すように、小断面部１４Ｂが２点鎖線で示すサイドメンバー１５の断面内に挿入され、段差部１４Ｃがサイドメンバ１５の先端のフランジ１５Ａに当接し、小断面部１４Ｂとサイドメンバー１５がボルト締結され、これによりバンパーステイ１４はサイドメンバー１５に固定される。衝突時にバンパーステイ１４に掛かる荷重は、バンパーステイ１４の大断面部１４Ａから、フランジ１５Ａを介してサイドメンバー１５に伝達される。ここで、サイドメンバーは一般にコーナー部のＲが小さく、稜線部が明確な四角形〜八角形の多角形断面を有しており、このサイドメンバー１５も同じく、コーナー部１５ａのＲが小さく、稜線部が明確な正四角形断面を有している。
【００１０】
従って、図８（ａ）に示すように、バンパーステイ１４の大断面部１４Ａとサイドメンバー１５は、軸方向に見たとき、断面のコーナー部１４ａ，１５ａにおいて一致しない。このため、バンパーステイ１４に係る衝突荷重を、大径部１４Ａのコーナー部１４ａからサイドメンバー１５のコーナー部１５ａに伝達することができず、その結果、バンパーステイ１４の変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、従来の電磁成形方法の上記問題点に鑑みてなされたもので、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面の部材を成形する場合に、断面のコーナー部のＲをより小さく成形できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面に沿った断面形状に拡管成形する多角形断面部材の電磁成形方法を改良したもので、特にアルミニウム合金素材の断面形状と、アルミニウム合金素材の金型内での配置形態に特徴がある。具体的には、前記アルミニウム合金素材の周壁の断面は、略円形の基本断面の周方向に沿った複数の円弧状領域と、前記円弧状領域に挟まれた複数の凹凸領域からなり、前記凹凸領域では周壁が前記基本断面から外れて内向き又は／及び外向きに突出し、各凹凸領域の周壁の周長は同領域が前記基本断面の周方向に沿って円弧状に形成された場合より長く形成されている。前記凹凸領域は、全て前記金型のコーナー部に対向して配置される。ここで、前記略円形の基本断面とは、前記円弧状領域を連結して得られる仮想的な断面を意味する。
【００１３】
上記電磁成形方法において、電磁成形用コイルは、導体を螺旋状に巻いた円断面コイルであることが望ましい。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、前記アルミニウム合金素材の一方又は両方の端部を外向きに拡開してフランジを成形することができる。
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材である。この場合、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、周壁に内向きに窪む複数個のクラッシュビード（膨出量が相対的に少ないため窪みとなる）を形成することができる。このエネルギー吸収部材は、特に自動車用として用いるに好適である。
【００１４】
上記電磁成形方法において、前記多角形断面部材は例えば自動車のバンパーステイ（上記エネルギー吸収部材の一種）である。
上記電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管し、多角形断面のバンパーステイを成形すると同時に、バンパーリインフォースにかしめ接合することができる。この場合、バンパーリインフォースに前後方向に貫通する穴を形成し、前記穴に前記アルミニウム合金素材の一部を挿入し、前記アルミニウム合金素材の前記穴から後方側に突出した箇所を前記金型で包囲して電磁成形を行う。なお、バンパーステイに関して前後方向をいう場合、衝突面側が前、車体側（サイドメンバー側）が後である。
前記アルミニウム合金素材は、長手方向に沿って実質的に同一断面を有するものが望ましく、押出材のほか、板材を筒状に成形したものも含まれる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るアルミニウム合金素材は、前記凹凸領域の周壁の周長が、同領域が単なる円弧状断面である場合に比べて長く形成されている。本発明では、そのことを凹凸領域の周壁が余剰線長を有するという。本発明に係るアルミニウム合金素材は、凹凸領域の周壁が前記余剰線長を有し、かつこの凹凸領域が金型の内周面のコーナー部に対向して配置されるから、アルミニウム合金素材を電磁成形で拡管したとき、前記凹凸領域の周壁が金型のコーナー部の内周面に向かって、前記余剰線長の分だけ容易に深く入り込み、前記金型のコーナー部の内周面に沿って、コーナー部のＲが小さく稜線が明確な多角形断面部材を成形することができる。
【００１６】
アルミニウム合金素材が前記凹凸領域において前記余剰線長を有することから、前記余剰線長の分だけアルミニウム合金素材の周長の変化（材料の延び）が緩和され、これにより多角形断面部材の特にコーナー部における局部的な肉厚減少が緩和され、かつ破断を防止することができる。
また、アルミニウム合金素材の周壁は、前記凹凸領域が一部に形成されているほかは、前記基本断面の周方向に沿った複数個の円弧状領域からなるので、従来どおりアルミニウム合金素材と電磁成形用コイルの隙間を小さくして、アルミニウム合金素材に十分な電磁成形力を作用させることができる。
【００１７】
本発明に掛かる多角形断面部材の製造方法を、軸方向に圧壊してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材の成形に適用した場合、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少を抑制でき、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。また、エネルギー吸収部材のうちバンパーステイの成形に適用した場合、バンパーステイの断面形状を通常多角形断面を有するサイドメンバーの断面形状と一致させることができる。これにより、衝突時にバンパーステイに掛かる荷重を、バンパーステイの周壁全周からサイドメンバーの周壁全周に伝達することができ、衝突時のパーステイの変形形態が安定化し、変形に伴う荷重変動を抑え、所定のエネルギー吸収性能が確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電磁成形方法を説明する模式図であり、アルミニウム合金素材の平面図（ａ）、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材の平面図（ｃ）を示す。
【図２】本発明に係る電磁成形方法の別の例を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、その断面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材（バンパーステイ）の平面図（ｃ）を示す。
【図３】本発明に係る電磁成形方法をバンパーステイの成形及びバンパーリインフォースとのかしめ締結に適用した例を説明する斜視図であり、バンパーリインフォースの斜視図（ａ）、バンパーリインフォースと、バンパーリインフォースに形成した貫通穴に挿入したアルミニウム合金素材の正面図（ｂ）、及びその側面図（ｃ）である。
【図４】電磁成形後のバンパーステイとバンパーリインフォース、及びサイドメンバーを示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電磁成形方法のさらに別の例を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、その断面図（ｂ）、及び電磁成形で得られた多角形断面部材（バンパーステイ）の平面図（ｃ）を示す。
【図６】四角形断面部材を成形する従来の電磁成形方法を説明する平面模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、及び電磁成形で得られた四角形断面部材（ｂ）を示す。
【図７】四角形断面部材（バンパーステイ）を成形する従来の電磁成形方法を説明する模式図であり、金型と金型内に配置したアルミニウム合金素材及び電磁成形用コイルの平面図（ａ）、同断面図（ｂ）を示す。
【図８】従来の電磁成形方法で得られた四角形断面部材（バンパーステイ）とサイドメンバーを組み合わせた平面図（ａ）、及び断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図５を参照し、本発明に係る電磁成形方法について、より具体的に説明する。
図１は、本発明に係る電磁成形方法を説明する模式図である。金型３及び電磁成形コイル２は、図６に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材２１は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域２２と、円弧状領域２２に挟まれた複数の凹凸領域２３からなる。
円弧状領域２２は略円形の基本断面２４（図１に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、この例では円弧状領域２２の中心角（円弧状領域２２の両端と基本断面の２４の中心Ｏのなす角度）はいずれもθ１に設定されている。基本断面２４は、先に述べたとおり、円弧状領域２２を連結して得られる仮想的な断面であり、従来のアルミニウム合金素材１（図６参照）の断面に相当する。
【００２０】
凹凸領域２３では周壁が基本断面２４から外れて外向きに突出している。この凹凸領域２３についても、円弧状領域２２と同様に中心角（凹凸領域２３の両端と基本断面の２４の中心Ｏのなす角度）という考え方を導入すると、この例では凹凸領域２３の中心角はいずれもθ２に設定されている。同じ中心角θ２で比較すると、凹凸領域２３における周壁の長さ（周長）Ｌ１は、円弧状領域２２（又は基本断面２４）の周壁の長さ（周長）Ｌ０と比較すると、周壁が外向きに湾曲して突出している分だけ長い。この周長の差（Ｌ１−Ｌ０）が、凹凸領域２３における余剰線長である。アルミニウム合金素材２１の断面全体でみれば、余剰線長はこの例では４×（Ｌ１−Ｌ０）である。
【００２１】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材２１を金型３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル２をアルミニウム合金素材２１の内部に配置する。このとき、金型３内において、アルミニウム合金素材２１を、各凹凸領域２３が金型３の各コーナー部３ａにそれぞれ対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル２に通電すると、アルミニウム合金素材２１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型３の内周面（コーナー部３ａを含めて）に達して拡管成形が終了する。この場合、アルミニウム合金素材２１の拡管は、金型３の内周面の全周で拘束されることになる。
【００２２】
余剰線長（Ｌ１−Ｌ０）を有する凹凸領域２３が、金型３のコーナー部３ａの内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域２３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部３ａの内周面の奥まで達し、全体的に金型３の内周面に沿った断面形状、すなわちコーナー部２５ａのＲが小さく稜線が明確に出た四角形断面部材２５が成形される。
この四角形断面部材２５は、例えば軸方向に圧縮の荷重を受けたとき圧壊変形してエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材として用いるのに適する。四角形断面部材２５は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少が抑制されているので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたエネルギー吸収部材となる。
【００２３】
図２は、本発明に係る電磁成形方法を利用してバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。電磁成形コイル１２及び金型１３は、図７に示すものと同じである。
アルミニウム合金素材３１は、アルミニウム合金素材２１と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域３２と、円弧状領域３２に挟まれた複数の凹凸領域３３からなる。円弧状領域３２は略円形の基本断面３４（図２に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域３３では周壁が基本断面３４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域３３の周壁は、アルミニウム合金素材２１の凹凸領域２３と同様に余剰線長を有する。
【００２４】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材３１を金型１３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル１２をアルミニウム合金素材３１の内部に配置する。このとき、金型１３内において、アルミニウム合金素材３１を、各凹凸領域３３が金型１３の各コーナー部１３ａに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル１２に通電すると、アルミニウム合金素材３１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型１３の内周面（コーナー部１３ａを含めて）に達して拡管成形が終了する。余剰線長を有する凹凸領域３３が、金型１３のコーナー部の内周面に対向して配置されているため、電磁成形で拡管するとき、凹凸領域２３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部の奥まで達し、全体的に金型１３の内周面に沿った断面形状、すなわち図２（ｃ）に示すようにコーナー部のＲが小さく稜線が明確に出たバンパーステイ３５が成形される。
【００２５】
バンパーステイ３５は、バンパーステイ１４と同様の形態でサイドメンバー１５（図８参照）に固定される。バンパーステイ３５では、大断面部３５Ａの断面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー１５の断面形状とほぼ一致させることができる。従って、衝突時にバンパーステイ３５に掛かる荷重は、バンパーステイ３５の大断面部３５Ａのコーナー部からも、フランジ１５Ａ（図８参照）を介してサイドメンバー１５に伝達され、バンパーステイ１４のように変形形態が不安定になったり、変形に伴う荷重変動が大きくなったりして、所定のエネルギー吸収性能を確保できないという問題が生じない。また、バンパーステイ３５は、圧壊変形時にエネルギー吸収量への寄与の多いコーナー部（稜線部）の肉厚減少を抑制できるので、軽量でエネルギー吸収特性に優れたバンパーステイとなる。
【００２６】
一方、バンパーステイ３５の小断面部３５Ｂは、その外周面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー１５（図８参照）の内周面形状とほぼ一致させることができる。従って、前記小断面部３５Ｂをサイドメンバー１５の断面内にほぼ隙間なく挿入することができ、そのうえで小断面部３５Ｂとサイドメンバ−１５を側面からボルト締結することで、バンパーステイ３５とサイドメンバー１５（図８参照）の固定がより確実となる。
【００２７】
図３，４は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、バンパーステイを成形すると同時に、該バンパーステイをバンパーリインフォースに固定する方法を説明する模式図である。
図３において、アルミニウム合金素材４１は、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁はアルミニウム合金素材３１と同じく、周方向に沿った複数の円弧状領域４２と、円弧状領域４２に挟まれた複数の凹凸領域４３からなり、円弧状領域４２はこれまで述べたような略円形の基本断面（図示せず）の周方向に沿って配置されている。ただし、アルミニウム合金素材４１は、サイドメンバー４４（図４参照）の断面形状が上下にやや長い長方形であるため、それに合わせて、凹凸領域４３の上下間隔ｄ１を左右間隔ｄ２より少し大きく設定している。
【００２８】
バンパーリインフォース４５は断面口形のアルミニウム合金押出材からなり、左右の端部近傍において、前後の縦壁４５ａ，４５ｂに上下方向にやや長い長方形の穴４６，４７が形成されている。穴４６，４７は、サイドメンバー４４の断面の内側輪郭（内周形状）とほぼ同一形状に形成されている。アルミニウム合金素材４１は、バンパーリインフォース４５の穴４６，４７に挿入され、前端が穴４６の先に突出している。
なお、前記穴４６，４７はバーリング穴とすることが望ましい。前方（衝突）側の穴４６をバーリング穴とする場合、該バーリング穴の穴フランジは、衝突時にバンパーカバーが破断するのを防止する観点から、後方側（サイドメンバー４４側）に向いて突出するように形成することが望ましい（特開２０１０-１１６１２９号公報参照）。
【００２９】
続いて、アルミニウム合金素材４１の後方部分（バンパーリインフォース４５の穴４７から後方側に突出している部分）の周囲に、図示しない金型が配置され、かつアルミニウム合金素材４１の内部に図示しない電磁成形用コイルが配置される。
前記金型は、内周面が四角形断面（ただしこの例では上下方向がやや長い長方形）で、金型１３と同様に、小断面部と大断面部及び両者の間の段差部からなる。前記大断面部の内周面形状は、サイドメンバー４４の断面の外側輪郭とほぼ同一形状に形成されている。ただし、前記金型の大断面部の平面領域（コーナー部以外の箇所）には、内側に突出する突起が複数個、適当な配置で形成されている。この突起はバンパーステイにクラッシュビードを形成するためのものである。前記小断面部の内周面形状は、サイドメンバー４４の断面の内側輪郭（内周形状）とほぼ同一形状に形成されている。
前記電磁成形用コイルは、電磁成形用コイル１２と同様の円断面コイルである。
【００３０】
続いて、この状態で前記電磁成形用コイルに通電し、アルミニウム合金素材４１を拡管成形して、図４に示すバンパーステイ４８を成形し、同時にバンパーリインフォース４５にかしめ締結する。
アルミニウム合金素材４１の前記後方部分は、前記金型の内部で拡管してコーナー部を含めて前記金型の内周面に拘束されて変形し、ここに大断面部４８Ａ、小断面部４８Ｂ、及び両者の間の段差部４８Ｃが成形される。大断面部４８Ａはコーナー部４８ａを含めてサイドメンバー４４の断面の外側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有し、小断面部４８Ｂは、コーナー部４８ｂを含めてサイドメンバー４４の断面の内側輪郭とほぼ同形状の四角形断面を有する。大断面部４８Ａと小断面部４８Ｂは、いずれもコーナー部４８ａ，４８ｂのＲが小さく、稜線部が明確な四角形断面を有している。また、大断面部４８Ａの平面領域には、前記金型の突起に対応する窪み（クラッシュビード４９）が成形されている。隣接する平面領域において、クラッシュビード４９，４９，・・は軸方向にみて異なる位置に、すなわち千鳥足配置で形成されている。
【００３１】
一方、アルミニウム合金素材４１の前方部分（前記後方部分以外の部分）は、バンパーリインフォース４５内及びバンパーリインフォース４５の前方で拡管して、縦壁４５ａ，４５ｂの部分ではコーナー部を含めて穴４６，４７の内周面に密着し、かつ縦壁４５ａ，４５ｂの間の空間では金型の拘束なしに膨張し、前端は拡開してフランジ５１が成形される。
電磁成形後、バンパーステイ４８の小断面部４８Ｂの両側面にボルト穴５２が形成される。続いてバンパーステイ４８の小断面部８４Ｂがサイドメンバー４４の断面内に挿入され、段差部４８Ｃがサイドメンバー４４の先端のフランジ４４ａに当接し、小断面部４８Ｂとサイドメンバー４４がボルト締結され、これによりバンパーステイ４８がサイドメンバー４４に固定される。
【００３２】
図５は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、フランジ付きバンパーステイを成形する方法を説明する模式図である。
アルミニウム合金素材６１は、アルミニウム合金素材２１と全く同様に、筒状の周壁を有するアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、前記周壁が、周方向に沿った複数の円弧状領域６２と、円弧状領域６２に挟まれた複数の凹凸領域６３からなる。円弧状領域６２は略円形の基本断面６４（図５に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域６３では周壁が基本断面６４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域６３の周壁は、アルミニウム合金素材２１の凹凸領域２３と同様に余剰線長を有する。
【００３３】
電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材６１を金型６６内に挿入し、アルミニウム合金素材６１の一端を金型６６の一方の端面６６ｂから突出させ、かつ電磁成形用コイル６５をアルミニウム合金素材６１の内部に配置する。このとき、金型６６内において、アルミニウム合金素材６１を、各凹凸領域６３が金型６６の各コーナー部６６ａに対向するように配置する。
この状態で電磁成形用コイル６５に通電すると、アルミニウム合金素材６１は拡管成形され、金型６６の内部では周壁が全周にわたり金型６６の内周面（コーナー部６６ａを含めて）に達し、金型６６の端面６６ｂから突出した部分では、周壁が拡開して端面６６ｂに打ち当たり、拡管成形が終了する。
【００３４】
この電磁成形で得られたフランジ付きバンパーステイ６７は、図５（ｃ）に示すように、四角形断面部６８と端部のフランジ６９からなる。余剰線長を有する凹凸領域６３が、金型６６のコーナー部６６ａに対向して配置されているため、電磁成形で拡管したとき、凹凸領域６３の周壁は周長の変化が少なく、つまり肉厚を大きく減少させることなく比較的容易に前記コーナー部６６ａの奥まで達し、全体的に金型６６の内周面に沿った断面形状、すなわち図５（ｃ）に示すようにコーナー部のＲが小さく稜線が明確に出た四角形断面部６８を有するバンパーステイ６７が成形される。同時に、前記余剰線長の存在により、フランジ６９の局部的な肉厚減少が緩和され、破断を防止することができる
【００３５】
本発明に係る多角形断面部材の製造方法において、アルミニウム合金素材は例えば次のような実施の形態をとることができる。
（１）以上説明した例では、アルミニウム合金素材の凹凸領域には、各１個の凸部が形成されていたが、この凹凸領域には、複数個の凸部、１又は複数個の凹部（周壁が前記基本断面から外れて内向きに突出した箇所）、あるいは凸部と凹部の両方が例えば波形状に形成されていてもよい。いずれにしても、この凹凸領域において前記余剰線長が生じていなければならない。
【００３６】
（２）アルミニウム合金素材に複数の凹凸領域が存在する場合、各凹凸領域における凹部又は凸部の形状若しくは余剰線長の長さは同一である必要はなく、電磁成形で成形される多角形断面部材の形状に応じて適宜調整することができる。
また、アルミニウム合金素材の凹凸領域は、電磁成形で成形される多角形断面部材の各コーナー部（稜線部）に対応して同数個形成することが望ましいが、電磁成形時にアルミニウム合金素材の周長の変化（材料の延び）が小さい箇所（例えば多角形断面部材のコーナー部のうちコーナー角度が比較的大きい箇所）では、同箇所に対応する凹凸領域を形成しなくてもよい。
【００３７】
（３）アルミニウム合金として、電磁成形時の導電率２０％ＩＡＣＳ以上、耐力１５０ＭＰａ以下が望ましく、ＪＩＳ１０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金から選択する。熱処理型アルミニウム合金の場合、Ｔ１又はＴ４状態のアルミニウム合金素材、あるいは全体又は局部的に復元処理して軟化させたアルミニウム合金素材を用いることができる。この場合、電磁成形後に時効硬化処理（Ｔ５，Ｔ６処理）を行えばよく、図３，４の例では、バンパーステイ４８とバンパーリインフォース４５をかしめ締結後に、前記時効硬化処理を行うことになる。
（４）アルミニウム合金素材の外周長をＬｂ、電磁成形時にアルミニウム合金素材の変形を拘束する金型の内周面の周長をＬａとしたとき、０．９＜Ｌａ／Ｌｂ＜１．３に設定する。Ｌａ／Ｌｂが０．９以下だと電磁成形された多角形断面部材にシワが発生し、１．３以上だと材料が破断するおそれがある。ＬａとＬｂはほぼ同等であることが望ましい。
【００３８】
（５）アルミニウム合金素材の肉厚は全周で一定である必要はなく、周方向に沿って変化させることができる。例えば、（ａ）電磁成形用コイルの成形力が相対的に及びにくい箇所（中心Ｏから遠い箇所）、すなわち凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に薄肉とする、（ｂ）エネルギー吸収部材を製造する場合、逆に、エネルギー吸収への寄与の大きいコーナー部（稜線部）に対応する凹凸領域と必要に応じてその近傍を相対的に厚肉とする、（ｃ）電磁成形でフランジ付き多角形断面部材を成形する場合、ボルト締結予定箇所を相対的に厚肉とする、等が考えられる。
【００３９】
（６）以上説明した例では、電磁成形に供するアルミニウム合金素材は、押出材を切断しただけのものであったが、予備加工したアルミニウム合金素材を用いることもできる（特開２０１０-１１６１２９号公報の図１６参照）。例えば図４，５の例において、多角形断面に電磁成形で拡管する前に、フランジを別途例えば電磁成形又はプレス成形等により成形しておくことができる。
（７）アルミニウム合金素材として、金属板をプレス成形又はロール成形し、筒状としたものを用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１２，６５ 電磁成形用コイル
１３，６６ 金型
２１，３１，４１，６１ アルミニウム合金素材
２２，３２，４２，６２ 円弧状領域
２３，３３，４３，６３ 凹凸領域
２４，３４，６４ 基本断面
２５，３５，４８，６７ 四角形断面部材（バンパーステイ）
４４ サイドメンバー
４５ バンパーリインフォース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面に沿った断面形状に拡管成形する多角形断面部材の電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材の周壁の断面は、略円形の基本断面の周方向に沿った複数の円弧状領域と、前記円弧状領域に挟まれた複数の凹凸領域からなり、前記凹凸領域では周壁が前記基本断面から外れて内向き又は／及び外向きに突出し、各凹凸領域の周壁の周長は同領域が前記基本断面の周方向に沿って円弧状に形成された場合より長く、前記アルミニウム合金素材は、前記凹凸領域が前記金型のコーナー部に対向して配置されることを特徴とする多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項２】
前記電磁成形用コイルが、導体を螺旋状に巻いた円断面コイルであることを特徴とする請求項１に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、前記アルミニウム合金素材の一方又は両方の端部を外向きに拡開してフランジを成形することを特徴とする請求項１又は２に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項４】
前記多角形断面部材がエネルギー吸収部材であり、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、周壁に内向きに窪む複数個のクラッシュビードを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項５】
前記多角形断面部材がバンパーステイであることを特徴とする請求項４に記載された多角形断面部材の製造方法。
【請求項６】
バンパーリインフォースに前後方向に貫通する穴が形成されており、前記穴に前記アルミニウム合金素材の一部を挿入し、前記アルミニウム合金素材の前記穴から後方側に突出した箇所を前記金型で包囲して電磁成形を行い、前記バンパーリインフォースにかしめ締結することを特徴とする請求項５に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項１】
筒状の周壁を有するアルミニウム合金素材を内周面が多角形断面を有する金型の内部に配置し、かつ電磁成形用コイルを前記アルミニウム合金素材の内部に配置し、その状態で前記電磁成形用コイルに通電して、前記アルミニウム合金素材を前記金型の内周面に沿った断面形状に拡管成形する多角形断面部材の電磁成形方法において、前記アルミニウム合金素材の周壁の断面は、略円形の基本断面の周方向に沿った複数の円弧状領域と、前記円弧状領域に挟まれた複数の凹凸領域からなり、前記凹凸領域では周壁が前記基本断面から外れて内向き又は／及び外向きに突出し、各凹凸領域の周壁の周長は同領域が前記基本断面の周方向に沿って円弧状に形成された場合より長く、前記アルミニウム合金素材は、前記凹凸領域が前記金型のコーナー部に対向して配置されることを特徴とする多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項２】
前記電磁成形用コイルが、導体を螺旋状に巻いた円断面コイルであることを特徴とする請求項１に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、前記アルミニウム合金素材の一方又は両方の端部を外向きに拡開してフランジを成形することを特徴とする請求項１又は２に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項４】
前記多角形断面部材がエネルギー吸収部材であり、前記アルミニウム合金素材を拡管成形すると同時に、周壁に内向きに窪む複数個のクラッシュビードを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【請求項５】
前記多角形断面部材がバンパーステイであることを特徴とする請求項４に記載された多角形断面部材の製造方法。
【請求項６】
バンパーリインフォースに前後方向に貫通する穴が形成されており、前記穴に前記アルミニウム合金素材の一部を挿入し、前記アルミニウム合金素材の前記穴から後方側に突出した箇所を前記金型で包囲して電磁成形を行い、前記バンパーリインフォースにかしめ締結することを特徴とする請求項５に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０７０９１（Ｐ２０１３−１０７０９１Ａ）
【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２０１１−２５２０８２（Ｐ２０１１−２５２０８２）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【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１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
[ Back to top ]