JP2005152920A - フランジ付き管状部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁成形により無理な拡径を行うことなく、軸部の径に比べて外径の大きいフランジを有するバンパーステイ等のフランジ付き管状部材を得る。
【解決手段】 管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材２１と、その端部に接合されたフランジ部材２２からなる。軸部材２１の端部にフランジ部材２２より小面積の端部フランジ２３が一体的に形成されている。フランジ部材２２には穴２６とその穴の縁に筒状の穴フランジ２７が形成されている。軸部材２１はフランジ部材２２の穴２６に嵌挿され、端部フランジ２３がフランジ部材２１と密着重合し、さらに、穴フランジ２７の内周面に軸部材２１の小径部２４の外周面が密着し、穴フランジ２７が端部フランジ２３と張り出し部２５の間に挟持されている。このフランジ付き管状部材は、フランジ部材２２の穴に管素材を嵌挿し、電磁成形により拡径することにより製造することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金材からなる軸部の軸端に取付用フランジを有するフランジ付き管状部材及びその製造方法に関する。

例えば乗用車やトラック等の自動車車体の前端（フロント）及び後端（リア）に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する横壁を有する断面中空の部材であり、後方側から一対のバンパーステイにより支持され、各バンパーステイは後端がサイドメンバ（フロント又はリア）の先端に固定されている。

アルミニウム製のバンパーステイは、大きく分けて縦圧壊型と横圧壊型がある。図１１（ａ）に示すように、縦圧壊型のバンパーステイは、軸部１を構成する中空の押出形材の前後端に板状の取付用フランジ２，３（バンパーリインフォース４及びサイドメンバ５の取付用）を溶接したもので、押出軸方向が車体前後方向（バンパーリインフォース４の長手方向に対し略垂直）を向いている。横圧壊型バンパーステイは、図１１（ｂ）に示すように、前後端に一体的に取付用フランジ７，８が形成された押出形材６からなり、押出軸方向が車体上下方向（バンパーリインフォース４の長手方向に対し垂直）を向いている。横圧壊型バンパーステイの例として、下記特許文献１〜３が挙げられる。

特開平８−９１１５４号公報 特開２０００−３１８５５２号公報 特開２００１−２９４１０６号公報

縦圧壊型のバンパーステイは、３つの部品を溶接により一体化するため一般に製造コストが高く、さらに、図１１（ａ）に示すように、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し後方側に傾斜している場合は、軸部押出形材の斜め切断による歩留まり低下、切断コスト及び溶接コストの増大等が問題となる。また、横圧縮型のバンパーステイは、製造コストが安く、バンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し傾斜又は湾曲していても、容易に対応できる利点があるが、縦圧壊型に比べて重量比エネルギー吸収量が小さく、優位な軽量化効果が得られない点に問題がある。

一方、特願２００２−２００３８６、特願２００２−３５７８２０、特願２００２−３５７８２１の明細書及び図面には、図１１（ｃ）に示すように、アルミニウム合金押出材（管材）からなり、軸部１１の両端に電磁成形により取付用フランジ１２，１３が成形されたバンパーステイが記載されている。

このバンパーステイは、図１２に示すように、アルミニウム押出材を所定長さに切断して素材管１４とし、この素材管１４の周囲を電磁成形用の金型１５（複数個の分割金型から構成される）で囲繞するとともに、素材管１４の端部を前記金型１５の端面（成形面）１６，１７から突出させ、素材管１４の内部に挿入した電磁成形用コイル１８に高電圧で蓄電されている電気エネルギー（電荷）を瞬時に投入（放電）することにより製造される。電磁成形とは、電気エネルギーの投入により、電磁成形用コイル１８がきわめて短時間の強力な磁場を形成し、この磁場内におかれたワーク（被加工物）が磁場の反発力（フレミングの左手の法則に従ったＬｏｒｅｎｔｚ力）によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用し、ワークを所定形状に成形する技術であり、この例では、素材管１４は強い拡張力により外径方向（放射方向）に拡径し、前記端面１６，１７の内側では素材管１４は貫通穴１９の内面に押し付けられ、端面１６，１７の外側では素材管１４は拡開して該端面１６，１７に打ち付けられる。

電磁成形は高速変形であるため、加工形状が複雑な場合にも対応可能であり、かつ金型の成形面に押圧して所定の形状を得るため形状精度がよいという利点がある。従って、前記金型１５の端面（成形面）１６，１７を適宜の形状とすることで、軸方向に垂直な面を有するフランジ（フランジ１３）だけでなく、軸方向に垂直な面に対して傾斜したフランジ（フランジ１２）、あるいは湾曲面からなるフランジなど、バンパーリインフォースやサイドメンバーの取付面の形状に応じた形状のフランジを成形することができる。
なお、電磁成形自体は、下記特許文献４〜７及び非特許文献１に記載されているように、公知技術である。

特開昭５８−４６０１号公報 特開平６−３１２２２６号公報 特開平７−１１６７５１号公報 特開２００２−８６２２８号公報 機械技術研究所報告第１５０号「電磁力を利用する塑性加工の研究」（１９９０年３月、機械技術研究所発行）

ところで、従来の３つの部品からなる縦圧壊型バンパーステイは、先に述べたような問題点があるほか、溶接箇所が衝突時に最も荷重が掛かる軸部とフランジの交点になることから、当該箇所において材料特性が低下し、これが予期し得ないエネルギー吸収特性の低下をもたらすおそれがある。

一方、管状のアルミニウム合金押出材の両端部を電磁成形等により拡径してフランジを軸部と一体的に成形すれば、この問題点は解消される。しかし、この場合、フランジの外周に近いほど周方向への引張の変形量が大きく、肉厚減少を生じ、さらに薄くなると割れが生じることもある。これはアルミニウム合金押出材の軸部の径に比べてフランジの外径が大きくなるほど問題となる。
そして、この割れ発生の問題は、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の場合に特に深刻となる。ファイバー組織は押出方向に平行な粒界がほとんどであり、電磁成形等により投入される拡径の成形力は、その粒界を分断する（引き裂く）方向に作用するからである。また、ファイバー組織では一般に、押出方向に垂直な方向の伸びが小さいことも影響している。ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材は、周知の如く軸方向の圧壊性能に優れるため、バンパーステイとして利用価値が大きいのだが、拡径方向の成形性が等軸晶のものに比べて劣り、管端にフランジを成形するような場合、特に割れが発生しやすく、バンパーリインフォース及びサイドメンバーに連結するに十分な大きさのフランジを成形することがきわめて困難である。

また、図１３は電磁成形によるフランジ成形後に、フランジ１２の肉厚が外周側になるほど薄くなっている様子を示す（フランジ１３も同様である）ものだが、このようにフランジ１２の肉厚が径方向に変化しているため、金型１５の端面（成形面）１６が平面で構成されていたとしても、フランジ１２の前面１２ａは平面にはならず、その結果、図１４に示すように、このフランジ１２を例えばバンパーリインフォース４の後壁４ａに固定するとき、フランジ１２とバンパーリインフォース４の後壁４ａとの間に隙間１９が生じる。この隙間１９があると、ボルト・ナット又はリベットにより固定するときはフランジ１２に歪みが生じ、溶接によって固定する場合はフランジ１２がバンパーリインフォース７の後壁４ａから浮いた状態で固定されてしまう（フランジ１３をサイドメンバーの先端に固定する場合も同様である）。この点についても、アルミニウム合金押出材の軸部の径に比べてフランジの外径が大きくなるほど問題となる。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、溶接箇所が軸部に掛かることがなく、また無理な拡径を行うことなく、軸部の径に比べて外径の大きいフランジを有するバンパーステイ等のフランジ付き管状部材を得ることを目的とする。

本発明に係るフランジ付き管状部材は、（１）管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とする。軸部材の端部フランジの形成は電磁成形等により行うことができ、軸部材とフランジ部材の接合は、溶接や機械的接合手段（リベット等）を利用することもできる。管状のアルミニウム合金材としては、押出材のほか板材を巻いて管状に成形したものも利用することができる。

上記フランジ付き管状部材において、フランジ部材の穴フランジの内面に軸部材の外周面が密着していることが望ましい。これにより、軸部材に接合されたフランジ部材がより安定し、製造時における両者の位置合わせも容易となる。さらに、軸部材に張り出し部が形成され、フランジ部材の穴フランジが前記軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることが望ましい。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合（一種のかしめ）されているが、溶接や機械的接合手段を合わせて用いることもできる。電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成された板状のフランジ部材と、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を用意し、前記フランジ部材の穴に前記軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴フランジの内周面に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記穴フランジより軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記穴フランジの近傍を外径方向に張り出させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。

本発明に係る別のフランジ付き管状部材は、（２）管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴が形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とする。軸部材の端部フランジの形成は電磁成形等により行うことができ、軸部材とフランジ部材の接合は、溶接や機械的接合手段を利用することもできる。

上記フランジ付き管状部材において、フランジ部材の穴の内縁に軸部材の外周面が密着していることが望ましい。これにより、軸部材に接合されたフランジ部材がより安定し、製造時における両者の位置合わせも容易となる。さらに、軸部材に張り出し部が形成され、フランジ部材の穴の周縁が軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることが望ましい。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合（一種のかしめ）されているが、溶接や機械的接合手段を合わせて用いることもできる。電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、穴が形成された板状のフランジ部材と、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を用意し、前記フランジ部材の穴に前記軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴の内縁に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記フランジ部材より軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記フランジ部材の近傍を外径方向に張り出させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。

本発明に係るさらに別のフランジ付き管状部材は、（３）管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたアルミニウム合金材からなるフランジ部材からなり、前記軸部材の端部近傍に環状の張り出し部が形成され、前記フランジ部材には穴が形成されてその縁の全周が前記軸部材側にカールし、その先端が前記軸部材の張り出し部に内側から嵌入していることを特徴とする。この場合、軸部材とフランジ部材は、溶接や機械的接合手段を用いることなく接合（一種のかしめ）されている。
電磁成形を利用すれば、このフランジ付き管状部材を一回の成形で容易に製造することができる。すなわち、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、穴が形成されたアルミニウム合金からなる板状のフランジ部材を用意し、前記穴が前記軸部材の断面のほぼ中央に位置するように前記軸部材の端部に前記フランジ部材を位置決めし、電磁成形により前記フランジ部材の前記穴の周縁部を拡径するとともに、前記軸部材の端部近傍を外径側に環状に張り出させ、前記フランジ部材の拡径した部分を前記軸部材の内周面に密着させると同時に、そのカールした先端を前記軸部材の環状に張り出した箇所に嵌入させる。これにより、前記軸部材の端部に前記フランジ部材が接合される。

本発明によれば、溶接箇所が軸部に掛かることがなく、また無理な拡径を行うことなく、軸部の径に比べて外径の大きいフランジを有するバンパーステイ等のフランジ付き管状部材を得ることができる。さらに、必要に応じて溶接や機械的接合手段を用いることなく、一回の電磁成形により、軸部材とフランジ部材を一種のかしめにより接合して、フランジ付き管状部材を製造することができる。
また、無理な拡径を行わなくて済むため、軸部材としてファイバー組織のアルミニウム合金押出材を使用することができ、これを例えばバンパーステイとして用いれば、優れた圧壊特性を有するようになる。

以下、本発明に係るフランジ付き管状部材について、バンパーステイを例に、図１〜図１０を参照して説明する。
図１に示すバンパーステイは、管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材２１と、軸部材２１の両端部に接合されたフランジ部材２２からなる。軸部材２１にはその両端にフランジ部材２２より外径の小さい端部フランジ２３が一体的に形成され、軸方向端部近傍が小径部２４となって径が最も小さく、それより軸方向内側が外径側に張り出して大径部２５となっている。フランジ部材２２には中央部に軸部材２１が嵌挿される穴２６とその穴２６の縁に円筒状の穴フランジ２７が形成されている。軸部材２１はフランジ部材２２の穴２６に嵌挿され、端部フランジ２３がフランジ部材２２の外側の面に密着重合し、一方、張り出した大径部２５の端２５ａが穴フランジ２７の端部に当接し、結局、穴フランジ２７は端部フランジ２３と大径部２５の間に挟持された形になっている。また、小径部２６の外周面は穴フランジ２７の内周面に密着している。
さらに、フランジ部材２２にはほぼ端部フランジ２３の厚みに相当する段差部２８が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ２３がちょうどはまり込むようになっている。従って、軸部材２１の端部フランジ２３の外側の面とフランジ部材２２の外側の面のうち端部フランジ２３と重合していない部分がほぼ面一（同じ高さ）となっている。

このバンパーステイの製造方法（電磁成形方法）を図２及び図３を参照して説明する。
フランジ部材２２は、図１に示すものと同じ形状であり、円形のブランク（板材）の中央に下穴を開けると同時に段差部２８を環状に成形し、続いて下穴にバーリング加工を施して、円筒状の穴フランジ２７を成形することにより製造できる。電磁成形に使用する管素材３１は穴フランジ２７の内径とほぼ同じかやや小さい外径のアルミニウム合金押出材からなる。
電磁成形に使用する金型３２は、縦に分割された複数個の分割金型からなり、図２，３に示すように閉じたとき中央に貫通穴３３が形成される。この貫通穴３３は、金型３２の軸方向両端近傍においてほぼ前記穴フランジ２７の長さの範囲だけ小径とされ（小径部３３ａ）、この小径部３３ａの内径は穴フランジ２７がちょうどはまり込むように当該穴フランジ２７の外径とほぼ同じとされ、小径部３３ａより軸方向内側の箇所ではそれより大径とされている（大径部３３ｂ）。また、金型３２の両端面３４には段差部３４ａが形成され、この端面３４にフランジ部材２２がちょうどはまり込むようになっている。

図２に示すように、金型３２の両端面３４に、穴フランジ２７が軸方向内側を向くようにしてフランジ部材２２をセットし、穴フランジ２７の内側に管素材３１を挿入する。このとき、管素材３１の両端部をフランジ部材２２から所定距離突出させる。この突出距離は、図１に示すように、電磁成形された端部フランジ２３の外周がフランジ部材２７の段差部２８の内周側にくるように調整される（突出距離がそのような長さになるように管素材３１を切断する）。
続いて、電磁成形用通電コイル体３５を管素材３１の内部に挿入し、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを投入すると、管素材３１に磁気反発力が生じて管素材３１は瞬間的に拡径し、フランジ部材２２から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材２２に打ち当たり、貫通穴３３の小径部３３ａに対応する箇所では穴フランジ２７の内面に押し付けられ、さらに貫通穴３３の大径部３３ｂでは当該貫通穴３３の内面に打ち当たる。なお、電磁成形用通電コイル体３５は、電気絶縁体内に成形用コイルが埋め込まれたものである。

これにより、図１に示すバンパーステイが成形される。成形後は金型３２を分割して、バンパーステイを取り出す。
このバンパーステイでは、管素材３１の拡径に伴い、穴フランジ２７に成形後の軸部材２１（その小径部２４）が押し付けられ、同時に軸部材２１（その端部フランジ２３と大径部２５）によりフランジ部材２２の穴フランジ２７が軸方向に挟持された形となるため、フランジ部材２２は軸部材２１の両端にしっかりと接合される。穴フランジ２７があることにより軸部材２１との接触面積が広く、この点も接合強度の向上に寄与する。そして、フランジ部材２２がバンパーステイとして十分な外径を有し、一方、軸部材２１の端部フランジ２３の外径を余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、ファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。

上記の例において、フランジ部材２２の穴２６は円形としたが、これを楕円形としたり、非点対称の形状（例えば穴の縁の大部分が円形だが一部が窪みになっているような穴、あるいは穴の縁の大部分が円形だが一部が直線状となっているような穴）とすることもできる。そのような断面形状は、軸部材２１とフランジ部材２２の回り止めの作用を有する。いずれの場合も、管素材としては円形断面のものを用いることができ、かつ円形断面のものを用いたとしても、電磁成形により穴フランジの内面に押し付けられた箇所の断面は、前記穴の形状に倣ったものとなる。
この電磁成形により成形される軸部材２１（管素材３１）は、導電率が高く強い磁気反発力が得られるアルミニウム合金押出材からなるが、フランジ部材２２は実質的に変形させていないので、アルミニウム合金板でも鋼板からなるものでもよい。バーリング加工のしやすさからいえば鋼板の方が望ましい。フランジ部材２２として鋼板を用いる場合、アルミニウム合金である軸部材２１と接触することに伴う電食を防止するため、少なくとも軸部材２１と接触する側にアルミめっきなど、電食防止用の表面処理を行うことが望ましい。
また、鋼板は強度が高く、導電性が低く電磁成形による拡張力もほとんど加わらないため、鋼板製のフランジ部材２２が管素材３１が拡径する際の拡張力を受け止めるだけの強度を有し、かつその成形時においてフランジ部材２２が位置ずれ等を起こすことのないように位置決めを確実に行えるのであれば、金型３２を用いることなく電磁成形を行うこともできる。

続いて、以下、本発明に包含される他のバンパーステイ及びフランジ付き管状部材について説明する。
図４に示すバンパーステイは、実質的に図１に示すバンパーステイと同じであるが、軸部材２１とフランジ部材２２をより強固に接合するため、軸部材２１とフランジ部材２２を溶接したものである。溶接箇所３６は、端部フランジ２３の外周縁である。溶接箇所３６が軸部材２１の軸部３７（図１の小径部２４及び大径部２５に相当）から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部３７に及ばず、予期しないエネルギー吸収特性の低下も防止できる。

図５に示すバンパーステイは、軸部材２１の大径部（ビード状の張り出し部）３８が穴フランジ２７の近傍にのみ形成されている点で、図１に示すバンパーステイと異なり、他の点は事実上同一である。そして、図１に示すバンパーステイと同様に、穴フランジ２７に軸部３７の小径部２４が押し付けられ、同時に穴フランジ２７は端部フランジ２３と大径部３８により挟持された形となり、フランジ部材２２は軸部材２１の両端にしっかりと接合される。
図５に示すバンパーステイの製造に当たっては、仮想線で示すように、大径部３８に対応する箇所に管状の凹部３９ａが形成された電磁成形用金型３９を使用すればよい。管素材はこの凹部３９ａにおいて、電磁成形時に加わる拡張力に応じて自由に拡径（張り出し変形）する。

図６に示すバンパーステイは、軸部材２１の一方の端部にのみフランジ部材２２を接合し、他方の端部の取付用フランジとして軸部材２１と一体の端部フランジ４１をそのまま利用するものである。バンパーステイの取付用フランジとしては、一般にサイドメンバー側の方が大径のものが必要であり、そちらは別途フランジ部材２２を必要とするが、バンパーリインフォース側の取付用フランジはより小径で済むため、こちらは軸部材２１の端部を拡径した端部フランジ４１で対応できる場合がある。そのようなとき、このようなバンパーステイを用いることができる。
図６に、仮想線で電磁成形用金型４２及び軸部材２１を成型するための管素材３１を示す。

図７に示すフランジ付き管状部材は、軸部材５１の一方の端部にフランジ部材２２が接合されたものである。このフランジ部材２２は図１等におけるフランジ部材２２と同じ形状であるが、軸部材５１には一方の端に端部フランジ５２が一体的に形成されているだけで、他端にはフランジはなく、張り出し部等も形成されていない。
このフランジ付き管状部材において、軸部材５１はフランジ部材２２の穴２６に嵌挿され、端部フランジ５２がフランジ部材２２の外側の面に密着重合し、軸部５３の外周面が穴フランジ２７の内周面に密着している。フランジ部材２２にはほぼ端部フランジ５２の厚みに相当する段差部２８が形成され、内周側の低くなった箇所に端部フランジ５２がちょうどはまり込み、端部フランジ５２の外周縁が溶接箇所５４となり、これにより軸部材５１とフランジ部材２２が接合されている。また、軸部材５１の端部フランジ５２の外側の面とフランジ部材２２の外側の面のうち端部フランジ５２と重合していない部分がほぼ面一となっている。
このフランジ付き管状部材においても、図４に示すバンパーステイと同様に、溶接箇所５４が軸部材５１の軸部５３から外径方向に離れているので、熱影響による材料特性の低下が軸部５３に及ばない利点がある。

このフランジ付き管状部材を電磁成形で行う場合、電磁成形用金型５６（図７の仮想線参照）の端面５７に穴フランジ２７が軸方向内側を向くようにしてフランジ部材２２をセットし、穴フランジ２７の内側に管状のアルミニウム合金押出材からなる管素材５８（図７の仮想線参照）を挿入する。このとき、管素材５８の端部をフランジ部材２２から所定距離突出させる。この突出距離は、先に図２を用いて説明したと同様に調整される。なお、金型５６の端面５７は、図３に示す金型３２と同様の形状であり、金型５６の貫通穴は、端面５７の近傍においてほぼ前記穴フランジ２７の長さの範囲だけ大径とされ、ここは穴フランジ２７がちょうどはまり込むように当該穴フランジ２７の外径とほぼ同じとされ、その他の箇所では管素材５８の外径とほぼ同じかやや大径とされている。
続いて先に説明したと同様の手順で電磁成形すると、管素材５８は瞬間的に拡径し、フランジ部材２２から突出した端部は大きく拡開してフランジ部材２２に打ち当たり、金型５６の貫通穴内部では、穴フランジ２７の内周面及び前記貫通穴に押し付けられる。
なお、端部フランジ５２の成形は、プレス成形（プレス拡管）を利用して行うこともできる。また、端部フランジ５２の成形後に軸部材５１をフランジ部材２２に嵌挿してもよいし、管素材５８をフランジ部材２２に嵌挿後に端部フランジを成形してもよい。

図８に示すバンパーステイは、軸部材６１とその両端に接合されたフランジ部材６２からなる。軸部材６１にはその両端にフランジ部材６２より外径の小さい端部フランジ６３が一体的に形成され、軸方向端部近傍が小径部６４となって径が最も小さく、それより軸方向内側が外径側に張り出して大径部６５となっている。フランジ部材６２には中央部に軸部材６１が嵌挿される穴６６が形成されている。軸部材６１はフランジ部材６２の穴６６に嵌挿され、端部フランジ６３がフランジ部材６２の外側の面に密着重合し、一方、張り出した大径部６５の端６５ａがフランジ部材６２の内側に当接し、結局、穴６６の周縁が縁部フランジ６３と大径部６５の間に挟持された形になっている。また、小径部６４の外周面は穴６６の内縁に密着している。要するに、フランジ部材６２は穴フランジ２７が形成されていない点で、図１に示すフランジ部材２２とは異なり、それに伴い軸部材６１の形状も図１に示す軸部材２１とは異なるが、図１に示すバンパーステイとの相違点はそれだけである。この場合も、図４に示すように、軸部材６１とフランジ部材６２を溶接することができる。
なお、図８には、電磁成形用金型６７及び管素材６８を仮想線で示している。

図９に示すフランジ付き管状部材は、管状のアルミニウム合金押出材からなる軸部材７１と、軸部材７１の端部に接合されたフランジ部材７２からなる。軸部材７１にはその端部近傍に環状の張り出し部７３が形成され、フランジ部材７２には中央部に穴７４が形成されてその縁の全周が軸部材７１側にカールし、そのカール部７５の先端が前記張り出し部７３に内側から嵌入してその底部に当接し、かつカール部７５の外周面が軸部材７１の端部内周面に密着している。

このフランジ付き管状部材の製造方法（電磁成形方法）を図１０を参照して説明する。
管素材７６は円筒形のアルミニウム合金押出材からなり、フランジ素材７７は中央部に穴７８（穴７４より小さい径の穴）が開けられたアルミニウム合金板からなり、フランジ素材７７の一方の面が管素材７６の端面に当接し、穴７８が管素材７６の断面の中心に位置している。また、フランジ素材７７の穴７８の縁部近傍は管素材７６側に傾斜している。
電磁成形に使用する金型は主金型８１と押さえ金型８２からなる。主金型８１は縦に分割された複数個の分割金型からなり、図１０に示すように閉じたとき中央に貫通穴８３が形成され、この貫通穴８３の端部近傍に環状の凹部８３ａが形成されている。貫通穴８３の内径は凹部８３ａを除いて管素材７６の外径とほぼ同じとされている。押さえ金型８２にも中央に貫通穴８４が形成されている。

図１０に示すように、主金型８１内に管素材７６を挿入し、その端面（上端）が主金型８１の端面８５とほぼ一致するように位置決めし、主金型８１の端面８５にフランジ素材７７を載置し、その上を押さえ金型８２で押さえ、続いて、電磁成形用通電コイル体８６をフランジ素材７７及び管素材７６の内部に挿入し、電気エネルギーを投入する。これによりフランジ素材７７の穴７８の周縁部（管素材７６の断面内に入っている部分）及び管素材７６が瞬間的に拡径し、前記穴７８の縁部近傍は大きく拡開して管素材７６の端部近傍の内周面に打ち当てられ、一方、管素材７６の端部近傍は凹部８３ａ内に張り出して前記張り出し部７３を形成し、その結果、図９に示すように、穴７４の縁にカール部７５が形成され、該カール部７５の外周が軸部材７１の端部内周面に密着すると同時に、そのカールした先端が軸部材７１の張り出し部７３の内部に内側から嵌入する。これにより、軸部材７１とフランジ部材７２が接合する。
このフランジ付き管状部材では、軸部材７１もフランジ部材７２も、余り大きく拡径する必要がないので、電磁成形時の割れの発生を防止することができ、また、軸部材７１としてファイバー組織を有するアルミニウム合金押出材の使用も十分可能である。

以上、主としてバンパーステイを例にして本発明を具体的に説明したが、本発明は全く同様の形態で他のフランジ付き管状部材、例えば車両用のインストルメントパネル用リインフォースなど、他部材へ取り付けるフランジ付き管状部材に広く適用することができる。また、軸部材の両端にフランジ部材を接合するか、一方の端部にフランジ部材を接合するかは、フランジ付き管状部材の使用形態に応じて任意に選択し得る。さらに、上記の例では、フランジ付き管状部材の軸部の軸中心線とフランジが垂直になるように、軸部材とフランジ部材が接合されていたが、図１２に示すバンパーステイのように、軸部の軸中心線とフランジが傾斜しているようなもの、あるいはフランジが湾曲しているようなもの、さらにはそれらを組み合わせたものも本発明に含まれ、かつ前記と同様の方法で製造できる。

本発明に係るバンパーステイの断面図である。 図１のバンパーステイを電磁成形により製造する方法を説明する断面図である。 その方法に使用する電磁成形用金型の断面図である。 本発明に係る他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係るさらに他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係るさらに他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係るフランジ付き管状部材の断面図である。 本発明に係るさらに他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係る他のフランジ付き管状部材の断面図である。 図９のフランジ付き管状部材を電磁成形により製造する方法を説明する断面図である。 種々のタイプのバンパーステイとその取付状態を示す平面図である。 図１１（ｃ）のバンパーステイを電磁成形で製造する方法を説明する断面図である。 そのバンパーステイのフランジ部の拡大断面図である。 そのバンパーステイのバンパーリインフォースへの取付状態を説明する断面図である。

符号の説明

２１，５１，６１、７１ 軸部材
２２，６２，７２ フランジ部材
２３，４１，６３ 端部フランジ
２５，３８，６５ 大径部（張り出し部）
２６，６６、７４ 穴
２７ 穴フランジ
２８ 段差部
３１，５８、６８、７６ 管素材
３２，３９，４２，５６，６７，８１，８２ 電磁成形用金型
３５，８６ 電磁成形用コイル体
３６，５４ 溶接箇所
７３ 張り出し部
７５ カール部
７７ フランジ素材
７８ 穴

Claims (15)

1. 管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とするフランジ付き管状部材。
2. 前記フランジ部材の穴フランジの内面に前記軸部材の外周面が密着していることを特徴とする請求項１に記載されたフランジ付き管状部材。
3. 前記軸部材に張り出し部が形成され、前記フランジ部材の穴フランジが、前記軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載されたフランジ付き管状部材。
4. 管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたフランジ部材からなり、前記軸部材にはその端部に前記フランジ部材より小面積の端部フランジが一体的に形成され、前記フランジ部材には前記軸部材が嵌挿される穴が形成され、前記軸部材は前記フランジ部材の穴に嵌挿され、その端部フランジが前記フランジ部材と密着重合していることを特徴とするフランジ付き管状部材。
5. 前記フランジ部材の穴の内縁に前記軸部材の外周面が密着していることを特徴とする請求項４に記載されたフランジ付き管状部材。
6. 前記軸部材に張り出し部が形成され、前記フランジ部材の穴の周縁が前記軸部材の端部フランジと張り出し部の間に挟持されていることを特徴とする請求項４又は５に記載されたフランジ付き管状部材。
7. 前記軸部材の端部フランジが電磁成形による拡径により成形されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載されたフランジ付き管状部材。
8. 前記軸部材の張り出し部が電磁成形による拡径により成形されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載されたフランジ付き管状部材。
9. フランジ部材の面に段差が形成されていて、前記軸部材の端部フランジの外側の面とフランジ部材の外側の面のうち前記端部フランジと重合していない部分がほぼ面一であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載されたフランジ付き管状部材。
10. 管状のアルミニウム合金材からなる軸部材と、前記軸部材の端部に接合されたアルミニウム合金材からなるフランジ部材からなり、前記軸部材の端部近傍に環状の張り出し部が形成され、前記フランジ部材には穴が形成されてその縁の全周が前記軸部材側にカールし、その先端が前記軸部材の張り出し部に内側から嵌入していることを特徴とするフランジ付き管状部材。
11. 前記フランジ部材の穴縁部のカール部と軸部材の環状の張り出し部が電磁成形による拡径により成形されたものであることを特徴とする請求項１０に記載されたフランジ付き管状部材。
12. 自動車用のバンパーステイであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載されたフランジ付き管状部材。
13. 穴とその穴の縁に筒状の穴フランジが形成された板状のフランジ部材の前記穴に、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴フランジの内周面に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記穴フランジより軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記穴フランジの近傍を外径方向に張り出させ、前記軸部材の端部に前記フランジ部材を接合することを特徴とするフランジ付き管状部材の製造方法。
14. 穴が形成された板状のフランジ部材の前記穴に、管状のアルミニウム合金材からなる軸部材を嵌挿し、その先端を前記穴から軸方向外側に所定距離突出させ、電磁成形により前記軸部材を拡径し、これにより、前記軸部材を前記穴の内縁に密着させると同時に、前記軸部材の前記穴から突出していた箇所を拡開して前記フランジ部材に密着重合させ、かつ前記フランジ部材より軸方向内側では前記軸部材の少なくとも前記フランジ部材の近傍を外径方向に張り出させ、前記軸部材の端部に前記フランジ部材を接合することを特徴とするフランジ付き管状部材の製造方法。
15. 管状のアルミニウム合金材からなる軸部材の端部に、穴が形成されたアルミニウム合金からなる板状のフランジ部材を前記穴が前記軸部材の断面のほぼ中央に位置するように位置決めし、電磁成形により前記フランジ部材の前記穴の周縁部を拡径するとともに、前記軸部材の端部近傍を外径側に環状に張り出させ、前記フランジ部材の拡径した部分を前記軸部材の内周面に密着させると同時に、そのカールした先端を前記軸部材の環状に張り出した箇所に嵌入させ、前記軸部材の端部に前記フランジ部材を接合することを特徴とするフランジ付き管状部材の製造方法。

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