JP2009227153A - 中空構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向、半径方向の両方向からの圧縮力に対してエネルギ吸収機能を有しつつ、軸方向の引張りや曲げ変形に対する強度が高い中空構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】中空な筒状部材であって、その軸方向に沿って、間隔を空けて複数の膨径部２Ａが形成されており、複数の膨径部２Ａ間には、筒状の連結部３Ａを有しており、膨径部２Ａは、その内径が連結部３Ａの内径よりも大きく、その外径が連結部３Ａの外径よりも大きくなるように形成されている。圧縮力の加わる方向によらず、所定の圧縮力まではある程度の強度を維持しつつ変形させることができ、所定の圧縮力を超えるとエネルギ吸収機能を発揮させることができる。しかも、中空構造体１Ａは、その軸方向に沿って引っ張る力に対する引張り強度が大きなるから、引張りや曲げ変形に対する強度も高くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃エネルギ吸収能力が高い中空構造体およびその製造方法に関する。

パイプや中空金属球等は、その半径方向からの外力が加わると、その断面形状が変化するように変形してその外力を吸収することができるため、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収材として使用することができる。例えば、パイプや中空金属球等を、自動車のフレームやバンパー、ピラー、フード等の内部に配置されるエネルギ吸収材として使用する技術が開発されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１には、複数の中空金属球を中空な外殻部材の内部に収容し、複数の中空金属球同士を接着剤によって結合して形成された構造体が開示されている。この構造体は、複数の中空金属球が外殻部材の内部に充填されているので、構造体強度を外殻部材の強度よりも強くすることもできる。しかも、一定以上の外力が加わると、中空金属球がエネルギ吸収材として機能するので、構造体の衝撃吸収能力を高くすることができる。すると、自動車のバンパー等にこの構造体を採用すれば、外殻部材の強度を低下させて軽量化しても、高強度かつ高エネルギ吸収性を維持することができる。

また、特許文献２には、パイプを蛇腹状に形成したエネルギ吸収材を、自動車に配置する技術が開示されている。この技術では、エネルギ吸収材が蛇腹状に形成されたパイプであり、パイプの半径方向から圧縮力が加わると、パイプが圧縮変形するとともに軸方向に伸びるから、効率よく衝撃エネルギを吸収できる。

しかるに、特許文献１では、外殻部材に充填されている中空金属球同士が点接触に近い状態で結合されているので、引張り強度が非常に弱い。このため、構造体に圧縮変形を生じさせる力が加わっている場合には、中空金属球が圧縮力に対する強度部材として機能するものの、構造体に引張りや曲げ変形を生じさせる力が加わった場合には、強度部材としてほとんど機能しない。すると、自動車のピラー等のように、圧縮変形に対する強度およびエネルギ吸収機能に加えて引張りや曲げ変形に対する強度も要求される部材には使用することができない。
また、特許文献２の技術も、パイプが蛇腹状であって軸方向に伸びやすくまた曲がりやすい構造を有しているので、引張りや曲げ変形に対する強度はほとんど有していない。

特開平０６−２４０３０４号 特開平１１−７０８８６号

本発明は上記事情に鑑み、軸方向、半径方向の両方向からの圧縮力に対してエネルギ吸収機能を有しつつ、軸方向の引張りや曲げ変形に対する強度が高い中空構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の中空構造体は、中空な複数の球状部と、該複数の球状部同士の間に配設された棒状部とを備えており、該棒状部は、その外径が前記球状部の外径よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。
第２発明の中空構造体は、第１発明において、前記棒状部が、中空な筒状体であることを特徴とする。
第３発明の中空構造体は、第１または第２発明において、前記球状部は、その表面と前記棒状部の表面とのなす角が、該棒状部との接続部分において鈍角となるように形成されていることを特徴とする。
第４発明の中空構造体は、第１、第２または第３発明において、中空な筒状部材の一部を膨らませて、前記複数の球状部を形成したものであることを特徴とする。
第５発明の中空構造体は、中空な筒状部材であって、その軸方向に沿って、間隔を空けて複数の膨径部が形成されており、該複数の膨径部間には、筒状の連結部を有しており、前記膨径部は、その内径が前記連結部の内径よりも大きく、その外径が前記連結部の外径よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。
第６発明の中空構造体は、第５発明において、前記複数の膨径部は、その表面と前記連結部の表面とのなす角が、該連結部との接続部分において鈍角となるように形成されていることを特徴とする。
第７発明の中空構造体は、第５または第６発明において、前記複数の膨径部が、略球状に形成されていることを特徴とする。
第８発明の中空構造体は、第５、第６または第７発明において、中空な筒状部材の一部を膨らませて、前記複数の膨径部を形成したものであることを特徴とする。
第９発明の中空構造体は、第５、第６、第７または第８発明において、 前記複数の膨径部は、その肉厚が、前記連結部の肉厚よりも薄くなるように形成されていることを特徴とする。
第１０発明の中空構造体の製造方法は、軸方向に沿って複数の膨径部を有する中空な筒状部材からなる中空構造体の製造方法であって、前記筒状部材をバルジ加工によって膨らませて前記膨径部を形成するときに、前記筒状部材をその軸方向から加圧することを特徴とする。
第１１発明の中空構造体の製造方法は、第１０発明において、前記膨径部を形成するときに、前記筒状部材において該膨径部が形成される部分を加熱することを特徴とする。

第１発明によれば、球状部に半径方向から圧縮力が加わると、球状部は、圧縮力が所定の大きさになるまでは圧縮力に応じて変形抵抗が増加するように変形し、圧縮力が所定の大きさを超えると圧縮力にかかわらず変形抵抗をほぼ一定に保った状態で変形する。また、棒状部の軸方向から圧縮力が加わったときにも、球状部は同様の傾向を示しながら変形する。そして、棒状部の軸方向に沿って中空構造体を引っ張る力が加わったときにはその力は棒状部によって支持され、棒状部に曲げを発生させる力が加わったときにはその力は棒状部によって支持されかつ球状部が曲げの抵抗となる。よって、圧縮力の加わる方向によらず、所定の圧縮力まではある程度の強度を維持しつつ変形させることができ、所定の圧縮力を超えるとエネルギ吸収機能を発揮させることができる。しかも、中空構造体は、その軸方向に沿って引っ張る力に対する引張り強度が大きなるから、引張りや曲げ変形に対する強度も高くすることができる。
第２発明によれば、半径方向から圧縮力が加わった場合において、球状部と共に棒状部も変形するため、エネルギの吸収量を大きくすることができる。
第３発明によれば、軸方向から圧縮力が加わったときに、球状部が変形できる量が大きくなるので、軸方向圧縮時におけるエネルギの吸収量を大きくすることができる。
第４発明によれば、棒状部と球状部とを一体で形成できるから、棒状部と球状部との接続部分の引張り強度をより一層大きくすることができる。
第５発明によれば、膨径部に半径方向から圧縮力が加わると、膨径部は、圧縮力が所定の大きさになるまでは圧縮力に応じて変形抵抗が増加するように変形し、圧縮力が所定の大きさを超えると圧縮力にかかわらず変形抵抗をほぼ一定に保った状態で変形する。また、筒状部材の軸方向から圧縮力が加わったときにも、膨径部は同様の傾向を示しながら変形する。そして、筒状部材を軸方向に沿って引っ張る力が加わったときにはその力は連結部によって支持され、筒状部材に曲げを発生させる力が加わったときにはその力は連結部によって支持されかつ膨径部が曲げの抵抗となる。よって、圧縮力の加わる方向によらず、所定の圧縮力までは圧縮変形に対する強度を高く保ちつつ所定の圧縮力を超えるとエネルギ吸収機能を発揮させることができる。しかも、中空構造体は、その軸方向における引張り強度が大きくなるから、引張りや曲げ変形に対する強度も高くすることができる。そして、半径方向から圧縮力が加わった場合には、膨径部と共に連結部も変形するため、エネルギの吸収量を大きくすることができる。
第６発明によれば、軸方向から圧縮力が加わったときに、膨径部が変形できる量が大きくなるので、軸方向圧縮時におけるエネルギの吸収量を大きくすることができる。
第７発明によれば、膨径部の圧縮力に対する剛性を高くすることができ、しかも、所定の圧縮力を超えてからの変形によるエネルギ吸収性能も高くすることができる。
第８発明によれば、連結部と膨径部とを一体で形成できるから、連結部と膨径部との接続部分の剛性をより一層高くすることができる。
第９発明によれば、膨径部の肉厚が連結部よりも薄いので、引張りや曲げ変形に対する強度も高く維持しつつエネルギ吸収機能をより向上させることができ、軽量化することができる。
第１０発明によれば、筒状部材をその軸方向から加圧しておくことにより、小径の筒状部材をバルジ加工によって膨らませるときに破断や割れが発生する可能性を低くできる。つまり、加工限界が向上し、加工できる筒状部材の径を小さくでき、かつ、形成できる膨径部の径を大きくできるので、製造する中空構造体の自由度を高くすることができる。
第１１発明によれば、筒状部材において、膨径部を形成する部分を軟化させることができるので、成形を容易にすることができる。しかも、変形後に、中空構造体内に残留する応力を小さくすることができるから、中空構造体の剛性を高くすることができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１（Ａ）は本実施形態の中空構造体１Ａの概略説明図であり、（Ｂ）は本実施形態の中空構造体１Ａの概略断面図である。図１に示すように、本実施形態の中空構造体１Ａは、中空な筒状の部材であって、複数の膨径部２Ａと複数の連結部３Ａとを備えた部材である。
中空構造体１Ａにおいて、複数の膨径部２Ａは中空構造体１Ａの軸方向に沿って間隔を空けて設けられており、隣接する膨径部２Ａ間には複数の連結部３Ａがそれぞれ配設されている。つまり、中空構造体１Ａは、その軸方向に沿って複数の膨径部２Ａと複数の連結部３Ａとが交互に設けられているのである。
なお、中空構造体１Ａは、金属やプラスチック、ビニール等を素材として形成されているが、塑性変形する材料であれば、特に限定されない。

図１に示すように、複数の連結部３Ａは、断面円形筒状に形成された部分であり、その中心軸が中空構造体１Ａの中心軸１ａとほぼ同軸となるように形成されている。
この連結部３Ａは、その外面の法線方向が中空構造体１Ａの中心軸１ａと直交するように形成されている。つまり、中空構造体１Ａにおける中心軸１ａを含む断面において、隣接する膨径部２Ａ間が中心軸１ａと平行な直線によって連結されるように、連結部３Ａの外面は形成されているのである。

なお、連結部３Ａは曲げに対してある程度の強度を有するのであれば、その外面は必ずしも上記のごとき形状に形成されていなくてもよい。つまり、連結部３Ａは、蛇腹のような曲がりやすい構造でなければよく、中空構造体１Ａの用途に応じて、適切な曲げ強度となる形状を採用することができる。
同様に、連結部３Ａの厚さも、中空構造体１Ａの用途に応じて、適切な曲げ強度となる厚さを採用することができる。

一方、膨径部２Ａは、その外面および内面が略球面状となるように形成された部分である。この膨径部２Ａは中空であり、その外面および内面は、その中心がほぼ中空構造体１Ａの中心軸１ａ上に位置する球面状となるように形成されている。
そして、膨径部２Ａは、その外面の半径Ｒ１が連結部３Ａの外径Ｄ１の半分の長さよりも長く、また、その内面の半径Ｒ２も連結部３Ａの内径Ｄ２の半分の長さよりも長くなるように形成されている。

以上のごとき構成であるから、本実施形態の中空構造体１Ａの膨径部２Ａに対して、中空構造体１Ａの半径方向から圧縮力が加わると、膨径部２Ａは圧縮力が所定の大きさになるまでは圧縮力に応じて変形抵抗が増加するように変形し、圧縮力が所定の大きさを超えると圧縮力にかかわらず変形抵抗をほぼ一定に保った状態で変形する。
また、膨径部２Ａは、中空構造体１Ａの軸方向から圧縮力が加わったときにも、中空構造体１Ａの半径方向から圧縮力が加わった場合と同様の傾向を示しながら変形する。
つまり、膨径部２Ａは、中空構造体１Ａに加わる圧縮力に対して、圧縮力が所定の大きさ以上となると、エネルギ吸収材として機能するのである。

一方、中空構造体１Ａに対して、その軸方向に沿って引っ張る力や曲げを発生させる力が加わったときには、隣接する膨径部２Ａ間に筒状の連結部３Ａが存在するので、この連結部３Ａがその力を支持する。そして、曲げを発生させる力に対しては、隣接する連結部３Ａ間に位置する膨径部２Ａも抵抗となる。
つまり、連結部３Ａは、中空構造体１Ａをその軸方向に沿って引っ張る力および曲げを発生させる力に対しては強度部材として機能し、膨径部２Ａは、曲げを発生させる力に対しては強度部材として機能するのである。

よって、本実施形態の中空構造体１Ａは、自動車のフレームやバンパー、ピラー、フード、建築物の梁、柱等のように、軸方向および半径方向から加わる圧縮力に対するエネルギ吸収機能に加えて、軸方向からの引張りや曲げ変形に対する強度保持機能も必要とされる部材に適用することができる。

なお、図１には、膨径部２Ａが等間隔で並んでいる例を示しているが、膨径部２Ａを設ける間隔は必ずしも等間隔で設ける必要はなく、中空構造体１Ａの強度やエネルギ吸収能をその軸方向における位置によって変化させたい場合には、場所によって膨径部２Ａを設ける間隔を変化させてもよい。例えば、膨径部２Ａ間の距離Ｌ１を短くすれば、その部分における半径方向の圧縮に対するエネルギ吸収能を他の部分よりも高くすることができる。
また、図１には、膨径部２Ａの半径が全て同じ例を示しているが、膨径部２Ａの半径は必ずしも全て同じである必要はない。例えば、中空構造体１Ａの強度やエネルギ吸収能をその軸方向における位置によって変化させたい場合には、膨径部２Ａの半径を膨径部２Ａが設けられる位置によって変化させてもよい。この場合、半径を大きい膨径部２Ａを設けた部分では、半径方向からの圧縮に対するエネルギ吸収能を他の部分よりも高くすることができる。
同様に、連結部３Ａも、その外径を場所によって変化させてもよく、その外径が大きい部分では、曲げ等の力に対する強度を他の部分よりも高くすることができる。

また、連結部３Ａと膨径部２Ａとの接続する部分において、膨径部２Ａの外面と連結部３Ａの外面とのなす角（両者の間に形成される角）が鈍角となるように形成されていることが好ましい。具体的には、中空構造体１Ａの中心軸１ａを含む断面において、連結部３Ａと膨径部２Ａとの接続点における膨径部２Ａの接線と、連結部３Ａの外面とのなす角θが、鈍角となるように形成されていることが好ましい（図１（Ｂ））。
この場合、連結部３Ａと膨径部２Ａとの接続部分において、応力集中が生じることを防ぐことができるので、曲げに対する接続部分の剛性、つまり、中空構造体１Ａ自体の曲げに対する剛性を高くすることができる。よって、中空構造体１Ａの引張りや曲げ変形に対する強度をさらに高くすることができる。
しかも、膨径部２Ａに対して軸方向から圧縮力が加わったときにおいて、膨径部２Ａが変形できる量が大きくなるので、軸方向圧縮時におけるエネルギ吸収量を大きくすることができる。

また、複数の膨径部２Ａの外面は必ずしも略球形に形成されていなくてもよく、中空構造体１Ａの半径方向において、連結部３Ａの外面よりも外方に突出した部分を有する形状であればよい。例えば、膨径部２Ａは、その外面が楕円形状となるように形成してもよいし、突出した部分の断面が三角形状となるように形成してもよい。
さらに、複数の連結部３Ａは、必ずしも断面円形かつ中空な筒状体でなくてもよく、その断面形状が多角形や楕円形でもよい。

また、膨径部２Ａの肉厚Ｔ１と連結部３Ａの肉厚Ｔ２は同じ厚さとしてもよいが、膨径部２Ａの肉厚Ｔ１を連結部３Ａの肉厚Ｔ２よりも薄くしてもよい。この場合、連結部３Ａの強度はそのままで膨径部２Ａの強度のみが小さくなる。すると、半径方向からの圧縮力に対しては低い力で変形が始まるから、軸方向の引張りや曲げ変形に対する強度は高く維持したまま、半径方向からの圧縮力に対しては、圧縮力が小さい状態からでもエネルギ吸収機能を向上させることができる。そして、膨径部２Ａの肉厚Ｔ１が薄くなった分だけ、中空構造体１Ａを軽量化することもできる。

そして、本実施形態の中空構造体１Ａを、中空な筒状部材、例えば円管の一部を膨らませて複数の膨径部２Ａを形成した場合には、膨径部２Ａと連結部３Ａとを一体で形成できるから、膨径部２Ａと連結部３Ａの接続部分の剛性をより一層高くすることができる。

上記の中空構造体１Ａを製造する方法はとくに限定されず、例えば、中空球体と円筒状部材を連結する等の方法で形成することができるが、円管等の筒状部材Ｐをバルジ加工することによって形成すれば、膨径部２Ａや連結部３の径が小さいものから大きいものまで、つまり、膨径部２Ａや連結部３が径に係わらずどのような大きさの中空構造体１Ａであっても製造することができる。例えば、直径３ｍｍの筒状部材Ｐから、連結部３Ａの外径Ｄ１が３ｍｍ、膨径部２Ａの直径が約４〜６ｍｍの中空構造体１Ａを製造することができる。つまり、筒状部材Ｐの直径の２倍程度直径を有する膨径部１Ａを備えた中空構造体１Ａでも製造できるのである。

つぎに、図１のごとき中空構造体１Ａをバルジ加工によって製造する方法を説明する。

まず、筒状部材Ｐをバルジ加工する設備について説明する。
図２は中空構造体１Ａを製造する設備の概略説明図である。図３は中空構造体１Ａを製造する設備に加工する筒状部材Ｐが配設された状態の概略説明図である。図２および図３において、符号ＭＡ、ＭＢは、筒状部材Ｐをバルジ加工して中空構造体１Ａを製造するときに使用される金型を示している。この金型ＭＡ、ＭＢは、両者が接近した状態において、両者の間に筒状部材Ｐを配置する空間ｈが形成される構造を有している。この空間ｈは筒状部材Ｐと同一断面形状を有する筒状の空間であり、その軸方向における適所に球形の空間であるキャビティＣ１，Ｃ２が形成されている。このキャビティＣ１，Ｃ２は、空間ｈの中心軸上に中心を有し、その半径Ｒ３が膨径部２Ａの外径Ｒ１と同じ長さとなるように形成されている。そして隣接するキャビティＣ１，Ｃ２の中心間の距離Ｌ３が、中空構造体１Ａにおける隣接する膨径部２Ａの中心間の距離Ｌ１と同じ長さとなるように形成されている。また、キャビティＣ１，Ｃ２を連結する部分の長さＬ４が、中空構造体１Ａにおける連結部２Ｂの長さＬ２と同じ長さとなるように形成されている。

なお、図６に示すように、金型ＭＡ、ＭＢはキャビティＣを一つしか有しないものや、キャビティＣに代えて単なる平行な空間ＣＨが設けられているものでもよい。この場合には、空間ｈの筒状の部分の長さ（Ｌ５〜Ｌ８）を、少なくとも、製造される中空構造体１Ａにおける複数の連結部２Ｂのうち最も長さが短い連結部２Ｂよりも短くしておけばよい。

また、図２において、符号Ｒはゴム部材を示しており、符号ＳＰおよび符号ＰＰはそれぞれ押さえパンチ、押し込みパンチを示しており、符号Ｓは各パンチＳＰ、ＰＰとゴム部材Ｒとの間に配置されるシールを示している。

なお、各パンチＳＰ、ＰＰ、ゴム部材ＲおよびシールＳは、いずれもその外径が筒状部材Ｐの内径とほぼ同じ長さになるように形成されている。ほぼ同じ長さとは、各パンチＳＰ、ＰＰ、ゴム部材ＲおよびシールＳが、筒状部材Ｐの内面に沿って、筒状部材Ｐの軸方向に摺動できる程度の移動できる長さを意味している。また、ゴム部材Ｒは、その軸方向の長さが各キャビティＣ１の直径よりも長くなるように形成されている。

つぎに、上記設備を用いて、バルジ加工により筒状部材Ｐを中空構造体１Ａに形成する方法を、図３および図４に基づいて説明する。
図３に示すように、金型ＭＡ、ＭＢの間に筒状部材Ｐを配置し、金型ＭＡ、ＭＢを接近させて筒状部材Ｐを空間ｈ内に収容する。
ついで、筒状部材Ｐ内にゴム部材Ｒを挿入し、その後、筒状部材Ｐの両端からシールＳ、各パンチＳＰ、ＰＰの順で筒状部材Ｐ内に挿入する。このとき、ゴム部材Ｒは、その両端がキャビティＣ１の外方に位置するように配設し、シールＳを介してゴム部材Ｒの両端に各パンチＳＰ、ＰＰの先端が接触した状態とする（図３）。この状態ではゴム部材Ｒに対して加圧力は加わっていない。

そして、図３の状態から、筒状部材Ｐの軸方向に移動しないように押さえパンチＳＰを保持して、押し込みパンチＰＰをキャビティＣ１に向かって移動させると、両パンチＳＰ、ＰＰに挟まれているゴム部材Ｒが加圧され圧縮される。すると、押し込みパンチＰＰの移動量に対応してゴム部材Ｒから筒状部材Ｐに加わる力（内圧）が高くなり、筒状部材ＰにおけるキャビティＣ１内に位置する部分が外方に膨らむ。そして、膨らんだ部分の外面がキャビティＣ１の内面に接触するまで押し込みパンチＰＰを押し込むと、膨径部２Ａが形成される（図４（Ａ））。

膨径部２Ａが形成されると、押し込みパンチＰＰを加圧開始前の状態まで後退させる。そして、金型ＭＡ、ＭＢの距離が膨径部２Ａよりも長くなるまで、金型ＭＡ、ＭＢを離間させる（図４（Ｂ）、（Ｃ））。
金型ＭＡ、ＭＢが十分に離間すると、両パンチＳＰ、ＰＰおよびゴム部材Ｒの移動を固定した状態で、筒状部材Ｐだけを軸方向に沿って左方向に所定の距離だけ移動させる。つまり、筒状部材Ｐが膨径部２Ａの中心がキャビティＣ２の中心と一致するまで移動させる（図４（Ｂ）、（Ｃ））。

筒状部材Ｐを移動させると、金型ＭＡ、ＭＢを接近させる。すると、筒状部材Ｐは空間ｈ内に収容される（図３（Ｄ））。このとき、膨径部２Ａの中心がキャビティＣ２の中心と一致するまで移動しているので、膨径部２ＡはキャビティＣ２に収容される。つまり、金型ＭＡ、ＭＢが接近しても、膨径部２Ａは損傷せず形状が維持される。

筒状部材Ｐは空間ｈ内に収容されると、押し込みパンチＰＰをキャビティＣ１に向かって移動させれば、新たな膨径部２Ａが形成される。

上記作業を繰り返せば、所定の間隔を空けて複数の膨径部２Ａが形成され、かつ、複数の膨径部２Ａ間に連結部３Ａを有する中空構造体１Ａを形成することができる。

そして、膨径部２Ａを形成するときに、筒状部材Ｐを軸方向に加圧して押し込みながらゴム部材Ｒを加圧圧縮してもよい。この場合、筒状部材Ｐをその軸方向から加圧しておくことにより、小径の筒状部材Ｐをバルジ加工しても、膨径部２Ａを形成するときに破断や割れが発生する可能性を低くできる。つまり、加工限界が向上し、加工できる筒状部材Ｐの径を小さくでき、かつ、形成できる膨径部２Ａの径を大きくできるので、製造する中空構造体１Ａの自由度を高くすることができる。
しかも、押し込み量を調整すれば、膨径部２Ａの肉厚Ｔ１と連結部３Ａの肉厚Ｔ２の差を少なくすることもできるし、膨径部２Ａの肉厚Ｔ１を所望の肉厚とすることができる。

また、膨径部２Ａを形成する前に筒状部材Ｐを加熱したり、筒状部材Ｐを加熱しながら膨径部２Ａを形成したりしてもよく、この場合には、筒状部材Ｐにおいて、膨径部２Ａを形成する部分を軟化させることができるので、膨径部２Ａの成形を容易にすることができる。
しかも、変形後に、中空構造体１Ａ内に残留する応力を小さくすることができるから、中空構造体１Ａの剛性を高くすることができる。
筒状部材Ｐの加熱には、高周波加熱、放射加熱装置などを使い、筒状部材Ｐにおいて膨径部２Ａとなる部分を主に加熱する方法を利用することができる。例えば、高周波加熱を行うのであれば、金型ＭＡ、ＭＢをキャスタで形成し、キャビティＣの周囲に銅のコイル等を埋め込んでおけば、銅のコイル等に電流を流すことによって、筒状部材Ｐにおいて膨径部２Ａとなる部分を加熱しながら成形することができる。
また、図６（Ｂ）のごとき平行な空間を有する金型ＭＡ、ＭＢによって筒状部材Ｐを加工する場合であれば、平行な空間内に放射加熱装置ＨＤを配置しておけば、筒状部材Ｐにおいて膨径部２Ａとなる部分を加熱することができる。

また、上記では、圧力媒体としてゴムを使用するゴムバルジ法を説明したが、ゴムを圧力媒体として使用する設備以外にも、圧力媒体として、液体Ｌｑ（水、油など）や気体（窒素、アルゴンなど）を用いる方法も採用することができる。
例えば、図５（Ａ）の状態に保持された筒状部材Ｐに対して、その両端開口から高圧の液体Ｌｑや気体を供給する（図５（Ｂ））。すると、高圧の液体Ｌｑや気体の圧力によって筒状部材ＰにおけるキャビティＣ１内に位置する部分が外方に膨らむので、膨径部２Ａを形成することができる。

なお、高圧の液体Ｌｑや気体は、筒状部材Ｐの一方の開口からのみ供給してもよいのはいうまでもない。この場合には、筒状部材Ｐの他方の開口から液体Ｌｑや気体が漏れないように、筒状部材Ｐの他方の開口を閉じておけばよい。

そして、膨径部２Ａを一ずつ形成してもよいが、図５に示すように、複数の膨径部２Ａを同時に形成してもよい（図５（Ｂ））。

また、中空構造体１Ａは、筒状部材Ｐの一部をその半径方向から加圧する等の方法によって絞って形成してもよい。この場合には、中空構造体１Ａの複数の膨径部２Ａの半径Ｒ１が筒状部材Ｐの半径と同じ長さとなり、連結部３Ａの直径Ｄ１が筒状部材Ｐの直径よりも小さい外径を有することになる。かかる中空構造体１Ａの場合、連結部３Ａの厚さＴ２が薄くなるため軸方向からの衝撃に対す衝撃吸収力が減少し、曲げ、引っ張り強度も減少するものの、複数の膨径部２Ａの厚さＴ１は厚くできるので、半径方向からの衝撃吸収力は向上させることができる。

そして、本発明の中空構造体は、図７に示すような構造を有するものとしてもよい。
なお、図７に示す中空構造体１Ｂの基本的な構成は上述した中空構造体１Ａと実質的に同一であり、かかる実質的に同一である構成およびその効果等については、以下では適宜説明を割愛している。

図７に示すように、他の実施形態の中空構造体１Ｂは、複数の球状部２Ｂが棒状部３Ｂによって連結されて形成されたものである。
図７に示すように、複数の球状部２Ｂは中空に形成された球状体であり、その中心が中空構造体１Ｂの中心軸１ａ上またはその近傍に位置するように棒状部３Ｂによって連結されている。
一方、複数の棒状部３Ｂは断面が円形である中空な筒状の部材であり、その軸方向の端面が、複数の球状部２Ｂの表面に連結されている。この複数の棒状部３Ｂは、その中心軸が中空構造体１Ｂの中心軸１ａとほぼ同軸となるように配設されている。
そして、棒状部３Ｂは、その外径Ｄ１の半分の長さが球状部２Ｂの外径Ｒ１よりも短く、また、その内径Ｄ２の半分の長さが球状部２Ｂの内径Ｒ２よりも短くなるように形成されている。

以上のごとき構成であるから、中空構造体１Ｂの球状部２Ｂは、中空構造体１Ｂに半径方向から加わる圧縮力に対しては、圧縮力が所定の大きさになるまでは圧縮力に応じて変形抵抗が増加するように変形し、圧縮力が所定の大きさ以上となるとエネルギ吸収材として機能する。
また、棒状部３Ｂは、中空構造体１Ｂをその軸方向に沿って引っ張る力および曲げを発生させる力に対しては強度部材として機能し、球状部２Ｂは、曲げを発生させる力に対しては抵抗となる。
よって、中空構造体１Ｂも、自動車のフレームやバンパー、ピラー、フード、建築物の梁、柱等のように、軸方向および半径方向から加わる圧縮力に対するエネルギ吸収機能に加えて、軸方向からの引張りや曲げ変形に対する強度保持機能も必要とされる部材に適用することができる。

なお、棒状部３Ｂと球状部２Ｂとの接続する部分において、棒状部３Ｂの外面と球状部２Ｂの外面とのなす角が鈍角となるように形成されていることが好ましく、この場合、中空構造体１Ｂでも引張りや曲げ変形に対する強度をさらに高くすることができ、しかも、軸方向圧縮時におけるエネルギ吸収量を大きくすることができる。

また、中空構造体１Ｂにおいて、複数の球状部２Ｂは、必ずしも完全な球形である必要はなく、楕円形や中空である三角断面などでもよい。
さらに、中空構造体１Ｂにおいて、複数の棒状部３Ｂは、必ずしも断面円形かつ中空な筒状体でなくてもよく、その断面形状が多角形や楕円形でもよい。

また、中空構造体１Ｂにおいて、複数の棒状部３Ｂは中実な棒状部であってもよいが、中空な筒状体としておけば、半径方向から圧縮されたときに、棒状部３Ｂも変形してエネルギを吸収できるから、エネルギの吸収量を大きくすることができるという利点がある。
さらに、中空構造体１Ｂを構成する球状部２Ｂおよび棒状部３Ｂは、金属やプラスチック、ビニール等を素材として形成されているが、塑性変形する材料であれば、特に限定されない。

本発明の中空構造体は、自動車のフレームやバンパー、ピラー、フード、建築物の梁、柱等の内部に配置するエネルギ吸収材に使用可能である。

（Ａ）は本実施形態の中空構造体１Ａの概略説明図であり、（Ｂ）は本実施形態の中空構造体１Ａの概略断面図である。 中空構造体１Ａを製造する設備の概略説明図である。 中空構造体１Ａを製造する設備に加工する筒状部材Ｐが配設された状態の概略説明図である。 中空構造体１Ａを製造する方法の概略説明図である。 中空構造体１Ａを製造する他の方法の概略説明図である。 中空構造体１Ａを製造する他の製造設備の概略説明図である。 （Ａ）は他の実施形態の中空構造体１Ｂの概略説明図であり、（Ｂ）は他の実施形態の中空構造体１Ｂの概略断面図である。

符号の説明

１Ａ 中空構造体
２Ａ 膨径部
３Ａ 連結部
１Ｂ 中空構造体
２Ｂ 球状部
３Ｂ 棒状部
Ｐ 筒状部材

Claims (11)

1. 中空な複数の球状部と、
   該複数の球状部同士の間に配設された棒状部とを備えており、
   該棒状部は、
   その外径が前記球状部の外径よりも小さくなるように形成されている
   ことを特徴とする中空構造体。
2. 前記棒状部は、
   内径が、前記球状部の内径よりも小さい中空な筒状体である
   ことを特徴とする請求項１記載の中空構造体。
3. 前記球状部は、
   その表面と前記棒状部の表面とのなす角が、該棒状部との接続部分において鈍角となるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の中空構造体。
4. 中空な筒状部材の一部を膨らませて、前記複数の球状部を形成したものである
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の中空構造体。
5. 中空な筒状部材であって、
   その軸方向に沿って、間隔を空けて複数の膨径部が形成されており、
   該複数の膨径部間には、筒状の連結部を有しており、
   前記膨径部は、
   その内径が前記連結部の内径よりも大きく、
   その外径が前記連結部の外径よりも大きくなるように形成されている
   ことを特徴とする中空構造体。
6. 前記複数の膨径部は、
   その表面と前記連結部の表面とのなす角が、該連結部との接続部分において鈍角となるように形成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の中空構造体。
7. 前記複数の膨径部が、略球状に形成されている
   ことを特徴とする請求項５または６記載の中空構造体。
8. 中空な筒状部材の一部を膨らませて、前記複数の膨径部を形成したものである
   ことを特徴とする請求項５、６または７記載の中空構造体。
9. 前記複数の膨径部は、
   その肉厚が、前記連結部の肉厚よりも薄くなるように形成されている
   ことを特徴とする請求項５、６、７または８記載の中空構造体。
10. 軸方向に沿って複数の膨径部を有する中空な筒状部材からなる中空構造体の製造方法であって、
    前記筒状部材をバルジ加工によって膨らませて前記膨径部を形成するときに、前記筒状部材をその軸方向から加圧する
    ことを特徴とする中空構造体の製造方法。
11. 前記膨径部を形成するときに、前記筒状部材において該膨径部が形成される部分を加熱する
    ことを特徴とする請求項１０記載の中空構造体の製造方法。

Images