JP4413057B2

JP4413057B2 - フランジ付き軸部材の製造方法及びフランジ付き軸部材

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Publication number: JP4413057B2
Application number: JP2004109145A
Authority: JP
Inventors: 美速今村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP2005288512A

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一体的に有するフランジ付き軸部材の製造方法、及びその製造方法によって製造されたフランジ付き軸部材に関する。

管状の軸部材の端部に他部材への取付用フランジを有するフランジ付き軸部材、例えばバンパーステイ（いわゆる縦圧壊型）は、一般に軸部材の端部に板状のフランジを溶接接合して製造される。しかし、バンパーステイの溶接部近傍は最も応力が集中する箇所であり、最も高い強度（継ぎ手強度）が必要とされるが、アルミニウム合金の場合、溶接による熱影響により溶接部近傍が軟化し、必然的に継ぎ手強度が低下するという問題がある。この継ぎ手強度の低下を補うため、軸部材及びフランジの肉厚を大きくしたり、熱処理型アルミニウム合金であれば、熱処理（人工時効処理）を行って硬度及び強度を回復させることが考えられるが、前者の場合、アルミニウム合金を使用した軽量化の効果が半減し、後者の場合、熱処理による強度の回復には限界があり、また、熱処理工程を付加することによりコストアップが避けられない。

一方、下記特許文献１には、アルミニウム合金材からなる管状の軸部材の周囲を金型で包囲し、金型の端面から前記軸部材の先端部を突出させ、該先端部を電磁成形により瞬間的に拡開して前記金型の端面に打ち当て、軸部材の端部に前記金型の端面に沿った形状のフランジを一体成形することが開示されている。図７はバンパーステイ１を製造する例であり、アルミニウム押出材を所定長さに切断して素材管２とし、この素材管２の周囲を電磁成形用の金型３（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２の端部を前記金型３の端面（成形面）４，５から突出させ、素材管２の内部に挿入した電磁成形用コイル６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。

なお、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、下記特許文献２〜５及び非特許文献１等にも記載されているように、それ自体公知技術である。図７の例では、素材管２は強い拡張力により外径方向（放射方向）に拡径し、前記貫通穴７の内部では素材管２は貫通穴７の内面に押し付けられ、貫通穴７の外側では素材管２は拡開して前記端面４，５に打ち当たり、該端面４，５の形状に沿ったフランジ８，９が、軸部１１の両端に成形される。

特開２００４−４２０６６号公報特開昭５８−４６０１号公報特開平６−３１２２２６号公報特開平９−１６６１１１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）

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、かつ金型の端面に打ち当て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３の端面（成形面）４，５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９）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８）、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。また、この手段によれば、溶接の熱影響による軟化がなく、むしろ加工硬化により継ぎ手強度が向上するという利点がある。

しかし、電磁成形により軸端を拡開してフランジを成形する場合、前記特許文献１にも記載されているように、当該フランジが拡開に伴って薄肉化するという問題が起こる。電磁成形により成形されたフランジにおいて、薄肉化は径方向に均一に起こるのではなく、径方向外側になるほど、また軸部の径に比べてフランジの張り出し幅が大きいほど、電磁成形時における周方向への引張の変形量が大きいため、肉厚の減少が大きくなる。図８は、電磁成形後のフランジ８の肉厚が径方向に沿って変化している様子を示すもので、貫通穴７に近い箇所の肉厚はほぼ元の肉厚であるが、径方向外側にいくほど肉厚が減少している。

一方、電磁成形用の金型の端面形状は、一般にフランジの前面が当接する相手方部材（バンパーリインフォース等）の被当接面の形状に一致させている。従って、図７，８の例では、端面４は平面で構成され（端面５も同様）、フランジ８の背面８ｂは前記端面４に沿って平面に成形されているが、フランジ８の径方向での肉厚が変化しているため、成形されたフランジ８の前面８ａは平面ではなく、軸穴１２を頂点とする低い山形形状を呈し、相手方部材の被当接面の表面形状と一致しなくなる。なお、フランジ８の前面８ａが低い山形形状になっていることは、前面８ａを左右から延長したラインＡ，Ｂが山形に交差することから理解される。
その結果、図９に示すように、このフランジ８の前面８ａをバンパーリインフォース１３の平らな後壁１３ａの所定位置に当接して固定するとき、フランジ８の前面８ａと前記後壁１３ａとの間に隙間１４が生じる。この隙間１４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８に歪みが生じ、溶接によって固定する場合はフランジ８がバンパーリインフォース１３の後壁１３ａから浮いた状態で固定されてしまう。

フランジの前面と相手方部材の被当接面の形状の不一致が、寸法誤差として許容できる範囲であればよいが、電磁成形されたフランジの径方向外側での肉厚減少は、軸部材の径に対するフランジの張り出し幅の比が大きいほど顕著になり、例えば、図８において素材管２の外径を９０ｍｍ、肉厚を３ｍｍとし、貫通穴７の内径が９０ｍｍより若干大きい程度で、フランジ８の張り出し幅Ｓが３０ｍｍとしたとき、貫通穴７に近い箇所の肉厚はほぼ元の肉厚であるが、外周端近傍では約２ｍｍに減少する。従って、フランジの前面と相手方部材の被当接面との形状の不一致（寸法誤差）は無視できない大きさとなる。

また、本出願人の出願に係る特願２００４−７７２０８号の明細書及び図面には、図１０に示すように、アルミニウム合金からなる素材管２２を、板状の取付用フランジ２３（図１１参照）の貫通穴２４に嵌挿し、その端部２２ａを取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により素材管２２周壁（図示の例では取付用フランジ２３の近傍のみ）を放射方向に拡径して、フランジ付き軸部材２１を製造することが記載されている。なお、取付用フランジ２３は電磁成形の間動かないように、図示しない治具により固定され、素材管２２も軸方向に動かないように図示しない治具により支持されている。
この電磁成形により、取付用フランジ２３より前方側の周壁は拡開して軸フランジ２５が形成され、かつ該軸フランジ２５は取付用フランジ２３の端面２３ａに密着重合し、取付用フランジ２３より後方側の周壁は外径方向に張り出して張出部２６が形成される。なお、この例では張出部は自由変形（金型による拘束なし）により張り出している。これにより、取付用フランジ２３は軸フランジ２５と張出部２６により前後から挟まれた状態となり、かつ貫通穴２４の内面には素材管２２の周壁が密着するため、軸部材２７の端部に取付用フランジ２３が固く接合したフランジ付き軸部材２１が製造される。なお、軸部材２７の張出部２６より後方側の部分３０には、電磁成形による成形力が作用してなく、当該部分は管素材２２のままの径を保っている。

この場合も、先に図７〜９を参照して説明したと同様の問題が生じる。すなわち、このフランジ付き軸部材２１に用いる取付用フランジ２３は、軸フランジ２５が密着重合する端面２３ａを平面で構成し、かつ相手方部材との当接面となる前面２３ｂと前記端面２３ａとの段差の大きさを素材管２２の肉厚にほぼ一致させているのであるが、電磁成形後は、軸フランジ２５の径方向での肉厚が変化しているため、軸フランジ２５の前面２５ａは平面でなく、軸穴２８を頂点とする低い山形形状を呈し、相手方部材の被当接面の表面形状（この例では平面を想定）と一致しなくなる。なお、軸フランジ２５の前面２５ａが低い山形形状になっていることは、前面２５ａを左右から延長したラインＡ，Ｂが山形に交差することから理解される。
その結果、図１２に示すように、取付用フランジ２３の前面２３ａをバンパーリインフォース２９の平らな後壁２９ａの所定位置に当接して固定するとき、軸フランジ２５の箇所では、その前面２５ａと前記後壁２９ａとの間に矢印で示す隙間ｈが生じ、その分だけバンパーリインフォース２９を後方側から支持する機能が低下する。

従って、本発明は、アルミニウム合金からなる管状の軸部材の端部に、電磁成形により取付用フランジを一体成形して、フランジ付き軸部材を製造する場合、あるいはアルミニウム合金からなる素材管を板状の取付用フランジの貫通穴に嵌挿し、電磁成形により素材管を拡径して取付用フランジの前方側に軸フランジを一体成形し、かつ後方側に張出部を形成して、フランジ付き軸部材を製造する場合において、前記取付用フランジの前面又は軸フランジの前面の寸法精度を大幅に向上させ、それらを相手方部材の被取付面の表面形状に合わせることを目的とする。

本発明は、アルミニウム合金からなる管状の軸部材の周囲を貫通穴を有する電磁成形用の金型で囲繞するとともに、その端部を前記金型の端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の端部周壁を放射方向に拡開し前記端面に打ち当てて取付用フランジに成形するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジの前面が当接する相手方部材の被取付面の形状が平面であり、前記取付用フランジの背面が打ち当たる前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記取付用フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、浅いすり鉢状に形成されており、これにより成形後の取付用フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とする。

前記方法は、取付用フランジの前面が当接する相手方部材の表面形状が平面の場合に適用されるが、これを平面以外の湾曲面等にも適用される一般的な方法として表現すると、次のようになる。すなわち、前記取付用フランジの前面が当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記取付用フランジの背面が打ち当たる前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記取付用フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成されており、これにより成形後の取付用フランジの前面の形状を前記基準面に合わせる、ということになる。
なお、本発明において、軸部材の軸部からみた取付用フランジの方向が前方であり、逆方向が後方である。

また、本発明は、アルミニウム合金からなる管状の軸部材を、貫通穴を有する板状の取付用フランジの前記貫通穴に嵌挿し、その端部を前記取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の周壁を放射方向に拡げて、前記軸部材の周壁を前記貫通穴の内面に密着させ、前記軸部材の前記取付用フランジより前方側の周壁を拡開して軸フランジを形成し、かつ該軸フランジを前記取付用フランジの端面に密着重合させ、前記軸部材の前記取付用フランジより後方側の周壁を外径方向に張り出させ、これにより前記軸部材の端部に前記取付用フランジを接合するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状が平面であり、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて浅いすり鉢状に形成し、取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を同じ高さにして前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とする。
この方法において、アルミニウム合金押出材からなる取付用フランジを用いることができる。その場合、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において浅いすり鉢状に形成し、前記断面において取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を同じ高さにして前記相手方部材の被取付面の形状に合わせるようにする。

前記方法は、取付用フランジの前面が当接する相手方部材の表面形状が平面の場合に適用されるが、これを平面以外の湾曲面等にも適用される一般的な方法として表現すると、次のようになる。すなわち、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成し、取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせる、ということになる。
この方法において、アルミニウム合金押出材からなる取付用フランジを用いることができる。その場合、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成し、前記断面において取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせるようにする。

本発明によれば、アルミニウム合金からなる管状の軸部材の端部に、電磁成形により取付用フランジを一体成形して、フランジ付き軸部材を製造する場合において、前記取付用フランジの前面の寸法精度を大幅に向上させ、相手方部材の被取付面の表面形状に一致させることができる。従って、フランジの前面を相手方部材の被取付面に当接して固定するとき、フランジの前面と被取付面との間に隙間が生じるのが防止され、溶接接合したときフランジが浮いた状態になることがなく、ボルト・ナット又はリベットにより固定してもフランジに歪みが生じない。

また、本発明によれば、アルミニウム合金からなる素材管を板状の取付用フランジの貫通穴に嵌挿して、電磁成形により素材管を拡径して取付用フランジの前方側に軸フランジを一体成形し、かつ後方側に張出部を形成して、フランジ付き軸部材を製造する場合において、前記軸フランジの前面の寸法精度を大幅に向上させ、取付用フランジの前面とともに相手方部材の被取付面の表面形状に合わせることができる。従って、相手方部材の被取付面との当接面積が大きくなり、相手側部材を支持する機能が向上する。

以下、本発明に係るフランジ付き軸部材について、図１〜図６を参照して説明する。
まず、アルミニウム合金からなる管状の軸部材の端部に、電磁成形により取付用フランジを一体成形して、フランジ付き軸部材を製造する場合、特に相手方部材の被取付面の形状が傾斜した平面である場合について説明すると、本発明の方法に使用する金型３３は、図１に示すように、円形断面の貫通穴３７の周囲の端面（成形面）３４が、浅いすり鉢状に形成され、電磁成形時、円形断面の素材管（図示せず）の端部周壁が拡開し、背面が前記端面３４に打ち当って取付用フランジ３８が形成される。金型３３の端面３４が浅いすり鉢用になっていることは、図１の断面において端面３４を左右から延長したラインａ，ｂが交差することから理解される。また、それゆえ、取付用フランジ３８の前面３８ａが当接すべき相手方部材４３の被取付面４３ａを基準面として想定した場合、同図に示すように、端面３４の貫通穴３７の縁に近い箇所の方が、遠い箇所よりも、前記基準面からの距離が大きくなっている（図１において、ｄ_１＞ｄ_２＞ｄ_３，ｄ_４＞ｄ_５＞ｄ_６）。言い換えれば、端面３４は、貫通穴３７の縁に近い箇所ほど、前記基準面から後方に下がった（後退した）形状に形成されている。
なお、金型３３の貫通穴３７と端面３４のコーナー部３９は円弧状の丸みを形成し、特に素材管の肉厚以上の半径の丸みに設定するのが望ましい。これは、丸みが形成されていないか小さすぎる場合、コーナー部３９において素材管が絞られ、フランジ付き軸部材として強度的に最も重要な箇所（コーナー部）に肉厚減少が生じるためである。

一方、成形された取付用フランジ３８の背面３８ｂは端面３４の形状に沿うため、平面とはなっていないが、その前面３８ａは前記基準面と一致する形状（同一の傾斜を有する平面）となっている。それゆえ、図１の断面において、取付用フランジ３８の前面３８ａの前記基準面からの距離ｄ_０はどこでも一定である。これは、電磁成形により取付用フランジ３８に径方向で肉厚の変化が生じたが、取付用フランジ３８の前面３８ａでは、その肉厚の変化と金型３３の端面３４の形状が合成され、肉厚の変化が相殺されたためである。言い換えれば、径方向の肉厚の変化を相殺して取付用フランジ３８の前面３８ａが前記基準面と一致する形状になるように、金型３３の端面３４の形状を設定するということである。なお、端面３４の全面についてこのような特別な形状に設定する必要はなく、少なくとも取付用フランジ３８の背面３８ｂが打ち当たる箇所においてそのように設定すればよい。

図１に示すフランジ付き軸部材３１は、取付用フランジ３８の前面３８ａの形状が基準面（相手方部材４３の被取付面４３ａ）と精度よく一致し（前面３８ａが平面）、軸部４１に対する傾斜も一致するため、フランジ付き軸部材３１を白抜き矢印の方向（軸方向）に並進運動させてフランジ３８の前面３８ａを前記基準面の位置まで前進させた場合を想定すると、前進後の取付用フランジ３８の前面３８ａは前記基準面と重なる。これにより、図２に示すように、フランジ３８の前面３８ａを相手方部材４３の被取付面４３ａに当接させたとき、取付用フランジ３８の前面３８ａと被取付面４３ａとの間に、従来のような隙間ができないで済む。なお、フランジ付き軸部材３１と相手方部材４３は、例えばバンパーステイとバンパーリインフォースである。
この例では、取付用フランジ３８を軸部４１に対して傾斜させていたが、図７の取付用フランジ９のように、軸部に対し垂直な取付用フランジを成形する場合も、同じく貫通穴の周囲の端面を浅いすり鉢状に形成することにより、成形可能である。

次に、相手方部材の被取付面の形状が湾曲面である場合について説明すると、本発明の方法に使用する金型５３は、図３に示すように、取付用フランジ５８の前面５８ａが当接すべき相手方部材６３の湾曲した被取付面６３ａを基準面として想定した場合、端面５４の貫通穴５７の縁に近い箇所の方が、遠い箇所よりも、前記基準面からの距離が大きくなっている（図３において、ｄ_１＞ｄ_２＞ｄ_３，ｄ_４＞ｄ_５＞ｄ_６）。言い換えれば、端面５４は、貫通穴５７の縁に近い箇所ほど、前記基準面から後方に下がった（後退した）形状に形成されている。
なお、フランジ付き軸部材５１と相手方部材６３は、例えばバンパーステイとバンパーリインフォースである。

一方、成形された取付用フランジ５８の背面５８ｂは端面５４の形状に沿うため、前記基準面と一致しないが、その前面５８ａは前記基準面と一致する形状（同一の湾曲面）となっている。それゆえ、図３の断面において、取付用フランジ５８の前面５８ａの前記基準面からの距離ｄ_０はどこでも一定である。これは、電磁成形により取付用フランジ５８に径方向で肉厚の変化が生じたが、取付用フランジ５８の前面５８ａでは、その肉厚の変化と金型５３の端面５４の形状が合成され、肉厚の変化が相殺されたためである。言い換えれば、径方向の肉厚の変化を相殺して取付用フランジ５８の前面５８ａが前記基準面と一致する形状になるように、金型５３の端面５４の形状を設定するということである。なお、端面５４の全面についてこのような特別な形状に設定する必要はなく、少なくとも取付用フランジ５８の背面５８ｂが打ち当たる箇所においてそのように設定すればよい。
図３に示すフランジ付き軸部材５１は、取付用フランジ５８の前面５８ａの形状が基準面（相手方部材６３の被取付面６３ａ）と精度よく一致し、従って、フランジ付き軸部材５１を白抜き矢印の方向（軸方向）に並進運動させてフランジ５８の前面５８ａを前記基準面の位置まで前進させた場合を想定すると、前進後の取付用フランジ５８の前面５８ａは前記基準面と重なる。

次に、アルミニウム合金からなる素材管を板状の取付用フランジの貫通穴に嵌挿して、電磁成形により素材管を拡径して取付用フランジの前方側に軸フランジを一体成形し、かつ後方側に張出部を形成して、フランジ付き軸部材を製造する場合、特に相手方部材の被取付面の形状が傾斜した平面である場合について説明する。図４に示すフランジ付き軸部材７１は、円形断面のアルミニウム合金押出材からなる素材管（図示せず）から形成された軸部材７７と取付用フランジ７３からなり、先に説明したフランジ付き軸部材２１とは、取付用フランジ７３の端面７３ａが浅いすり鉢状であり、軸フランジ７５の前面７５ａが平面となり、かつ該前面７５ａが取付用フランジ７３の前面７３ｂと同じ高さ（面一の平面）となっている点のみで異なる。このフランジ付き軸部材７１を電磁成形により製造する手順は、フランジ付き軸部材２１と全く同じであり、電磁成形により素材管が拡径し、取付用フランジ７３の貫通穴７４の内面に密着し、同時に成形された軸フランジ７５及び張出部７６が取付用フランジ７３を前後から挟み、これにより取付用フランジ７３と軸部材７７が固く接合している。

取付用フランジ７３の貫通穴７４の周囲の端面７３ａが浅いすり鉢状になっていることは、図４の断面において端面７３ａを左右から延長したラインａ，ｂが交差することから理解される。また、それゆえ、取付用フランジ７３の前面７３ａ及び軸フランジ７５が当接すべき相手方部材７９の被取付面７９ａ（平面）を基準面として想定した場合、同図に示すように、取付用フランジ７３の端面７３ａの貫通穴７４の縁に近い箇所の方が、遠い箇所よりも、前記基準面からの距離が大きくなっている（図４において、ｄ_１＞ｄ_２）。言い換えれば、端面７３ａは、貫通穴７４の縁に近い箇所ほど、前記基準面から後方に下がった（後退した）形状に形成されている。なお、取付用フランジ７３の端面７３ａと前面７３ｂの段差は、貫通穴７４近傍において素材管の肉厚にほぼ等しく設定されている。

一方、成形された軸フランジ７５の背面７５ｂは端面７３ａの形状に沿うため、平面とはなっていないが、その前面７５ａは平面となり、かつ取付用フランジ７３の取付面である前面７３ｂと同じ高さ（面一）となっている。それゆえ、図４の断面において、取付用フランジ７３の前面７３ｂ及び軸フランジ７５の前面７５ａの前記基準面からの距離ｄ_０は一定である。これは、電磁成形により軸フランジ７５に径方向で肉厚の変化が生じたが、軸フランジ７５の前面７５ａでは、その肉厚の変化と取付用フランジ７３の端面７３ａの形状が合成され、肉厚の変化が相殺されたためである。言い換えれば、径方向の肉厚の変化を相殺して軸フランジ７５の前面７５ａが前記基準面と一致する平面になるように、取付用フランジ７３の端面７３ａの形状を設定するということである。

図４に示すフランジ付き軸部材７１は、取付用フランジ７３の前面７３ｂの形状が基準面（相手方部材７９の被取付面７９ａ）と一致するのは当然であるが、軸フランジ７５の前面７５ａの形状も前記基準面とよく一致し（前面７５ａが平面）、フランジ付き軸部材７１を白抜き矢印の方向（軸方向）に並進運動させて取付用フランジ７３の前面７３ｂを前記基準面の位置まで前進させた場合を想定すると、前進後の取付用フランジ７３の前面７３ｂ及び軸フランジ７５の前面７５ａは前記基準面と重なる。これにより、フランジ７３の前面７３ｂを相手方部材７９の被取付面７９ａに当接させたとき、軸フランジ７５の箇所において従来のような隙間が生じないで済む。

図５に示すフランジ付き軸部材８１は、取付用フランジ８３としてアルミニウム合金押出材を用いた例である。この取付用フランジ８３は、図６に示すように、アルミニウム合金押出材を押出方向に垂直な面内で切断し、穴開けしたもので（切断線を仮想線で示す）、押出方向に垂直な断面での形状は、これまで説明した取付用フランジ７３の断面形状と全く同じである。
このフランジ付き軸部材８１では、図５に示す断面（取付用フランジ８３の押出方向に垂直な断面）において、取付用フランジ８３の貫通穴８４の周囲の端面８３ａが浅いすり鉢状になっている。また、それゆえ、取付用フランジ８３の前面８３ｂ及び軸フランジ８５が当接すべき相手方部材７９の被取付面７９ａ（平面）を基準面として想定した場合、前記断面において、取付用フランジ８３の端面８３ａの貫通穴８４の縁に近い箇所の方が、遠い箇所よりも、前記基準面からの距離が大きくなっている（ｄ_１＞ｄ_２、ｄ_３＞ｄ_４）。言い換えれば、端面８３ａは、前記断面において貫通穴８４の縁に近い箇所ほど、前記基準面から後方に下がった（後退した）形状に形成されている。

一方、前記断面において軸フランジ８５の前面８５ａの高さは一定で、かつ取付用フランジ８３の前面８３ｂと同じ高さとなっている。それゆえ、前記断面において、取付用フランジ８３の前面８３ｂ及び軸フランジ８５の前面８５ａの基準面７９ａからの距離ｄ_０は一定である。
フランジ付き軸部材８１は、前記断面において取付用フランジ８３の前面８３ｂの形状が基準面（相手方部材７９の被取付面７９ａ）と一致するのは当然であるが、軸フランジ８５の前面８５ａの形状も前記基準面とよく一致する。従って、フランジ付き軸部材８１を白抜き矢印の方向（軸方向）に並進運動させて取付用フランジ８３の前面８３ｂを前記基準面の位置まで前進させた場合を想定すると、前進後の取付用フランジ８３の前面８３ｂ及び軸フランジ８５の前面８５ａは前記断面において前記基準面と重なる。これにより、フランジ８３の前面８３ｂを相手方部材７９の被取付面７９ａに当接させたとき、軸フランジ８５の箇所において前記断面に限定されるのであるが、従来のような隙間が生じないで済む。

なお、取付用フランジと軸部材が接合したタイプのフランジ付き軸部材についても、取付用フランジが軸端に一体成形されたタイプのフランジ付き軸部材と同様に、相手方部材の被取付面の形状が傾斜した平面であったり、湾曲面である場合にも適用できる。

本発明において、素材管としてはアルミニウム合金押出材が好ましいが、板材を管状に成形したものを用いることができる。素材管の断面形状は円形が望ましいが、楕円形、多角形等、種々のものを用いることができる。アルミニウム合金としては、特に６０６３等の６０００系合金の質別Ｏ材が望ましいが、他のアルミニウム合金及び質別を用いることもできる。
取付用フランジと軸部材が接合したタイプのフランジ付き軸部材の場合、フランジの材質としては、強度が高く導電率が低いものが望ましく、アルミニウム合金であればＪＩＳ５０００系や、ＪＩＳ６０００，７０００系のＴ５調質材が好適であり、鋼材等の他の素材も利用できる。

以上、主としてバンパーステイについて、これを直接バンパーリインフォースに固定することを念頭に置いて説明したが、適宜のブラケットを介してバンパーリインフォースに固定することもできる（その場合、相手方部材は前記ブラケットになる）。また、本発明は全く同様の形態で他のフランジ付き軸部材、例えば車両のインストルメントパネル用リインフォース、クロスメンバー、タワーバー、インストルメントパネル用付属パイプ（一端がインストルメントパネル用リインフォースに取り付けられてインストルメントパネルやダクトなどを支持するパイプ）、シートフレーム、インテークマニホールド、マフラー、プロペラシャフト、ステアリングコラム、二輪車（自転車を含む）用スイングアームのほか、航空機用のシートフレーム、いす用のフレーム、その他、各種用途の継ぎ手類等にも適用される。さらに、軸部の両端にフランジを成形するか、一方の端部に成形するかは、フランジ付き軸部材の使用形態に応じて任意に選択可能である。

本発明に係るフランジ付き軸部材及びその製造方法を示す断面図（軸部材の中心を通る断面）である。そのフランジ付き軸部材を相手方部材の被取付面に当接した状態を示す断面図である。本発明に係る別のフランジ付き軸部材及びその製造方法を示す断面図（軸部材の中心を通る断面）である。本発明に係る別のフランジ付き軸部材及びその製造方法を示す断面図（軸部材の中心を通る断面）である。本発明に係る別のフランジ付き軸部材及びその製造方法を示す断面図（フランジの押出方向に垂直で軸部材の中心を通る断面）である。そのフランジ付き軸部材に用いる取付用フランジの斜視図である。電磁成形によるフランジ付き軸部材の製造方法を示す断面図である。従来のフランジ付き軸部材及びその製造方法を示す断面図である。そのフランジ付き軸部材を相手方部材の被取付面に当接した状態を示す断面図である。フランジ付き軸部材及びその製造方法を比較のために示す断面図である。そのフランジ付き軸部材に用いる取付用フランジの平面図である。そのフランジ付き軸部材を相手方部材の被取付面に当接した状態を示す断面図である。

符号の説明

３１，５１，７１，８１フランジ付き軸部材
３３，５３金型
３４，５４金型の端面（成形面）
３７，５７金型の貫通穴
３８，５８，７３，８３取付用フランジ
３８ａ，５８ａ取付用フランジの前面（取付面）
３８ｂ，５８ｂ取付用フランジの背面
７３ａ、８３ａ取付用フランジの端面（軸フランジが密着重合する端面）
７３ｂ、８３ｂ取付用フランジの前面（取付面）
４１，７７軸部
４３，７９相手方部材
４３ａ，７９ａ相手方部材の被取付面
７５，８５軸フランジ
７５ａ，７５ｂ軸フランジの前面
７５ｂ軸フランジの背面

Claims

アルミニウム合金からなる管状の軸部材の周囲を貫通穴を有する電磁成形用の金型で囲繞するとともに、その端部を前記金型の端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の端部周壁を放射方向に拡開し前記端面に打ち当てて取付用フランジに成形するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジの前面が当接する相手方部材の被取付面の形状が平面であり、前記取付用フランジの背面が打ち当たる前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記取付用フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、浅いすり鉢状に形成されており、これにより成形後の取付用フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
アルミニウム合金からなる管状の軸部材の周囲を貫通穴を有する電磁成形用の金型で囲繞するとともに、その端部を前記金型の端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の端部周壁を放射方向に拡開し前記端面に打ち当てて取付用フランジに成形するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジの前面が当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記取付用フランジの背面が打ち当たる前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記取付用フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成されており、これにより成形後の取付用フランジの前面の形状を前記基準面に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
請求項１又は２に記載された製造方法により製造されたフランジ付き軸部材。
アルミニウム合金からなる管状の軸部材を、貫通穴を有する板状の取付用フランジの前記貫通穴に嵌挿し、その端部を前記取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の周壁を放射方向に拡げて、前記軸部材の周壁を前記貫通穴の内面に密着させ、前記軸部材の前記取付用フランジより前方側の周壁を拡開して軸フランジを形成し、かつ該軸フランジを前記取付用フランジの端面に密着重合させ、前記軸部材の前記取付用フランジより後方側の周壁を外径方向に張り出させ、これにより前記軸部材の端部に前記取付用フランジを接合するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状が平面であり、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて浅いすり鉢状に形成し、取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を同じ高さにして前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
アルミニウム合金からなる管状の軸部材を、貫通穴を有する板状の取付用フランジの前記貫通穴に嵌挿し、その端部を前記取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の周壁を放射方向に拡げて、前記軸部材の周壁を前記貫通穴の内面に密着させ、前記軸部材の前記取付用フランジより前方側の周壁を拡開して軸フランジを形成し、かつ該軸フランジを前記取付用フランジの端面に密着重合させ、前記軸部材の前記取付用フランジより後方側の周壁を外径方向に張り出させ、これにより前記軸部材の端部に前記取付用フランジを接合するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状が平面であり、前記取付用フランジがアルミニウム合金押出材からなり、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において浅いすり鉢状に形成し、前記断面において取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を同じ高さにして前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
アルミニウム合金からなる管状の軸部材を、貫通穴を有する板状の取付用フランジの前記貫通穴に嵌挿し、その端部を前記取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の周壁を放射方向に拡げて、前記軸部材の周壁を前記貫通穴の内面に密着させ、前記軸部材の前記取付用フランジより前方側の周壁を拡開して軸フランジを形成し、かつ該軸フランジを前記取付用フランジの端面に密着重合させ、前記軸部材の前記取付用フランジより後方側の周壁を外径方向に張り出させ、これにより前記軸部材の端部に前記取付用フランジを接合するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成し、取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
アルミニウム合金からなる管状の軸部材を、貫通穴を有する板状の取付用フランジの前記貫通穴に嵌挿し、その端部を前記取付用フランジの端面から前方に突出させ、電磁成形により前記軸部材の周壁を放射方向に拡げ、前記軸部材の周壁を前記貫通穴の内面に密着させ、前記軸部材の前記取付用フランジより前方側の周壁を拡開して軸フランジを形成し、かつ該軸フランジを前記取付用フランジの端面に密着重合させ、前記軸部材の前記取付用フランジより後方側の周壁を外径方向に張り出させ、これにより前記軸部材の端部に前記取付用フランジを接合するフランジ付き軸部材の製造方法において、前記取付用フランジがアルミニウム合金押出材からなり、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状を、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成し、前記断面において取付用フランジの前面と成形後の軸フランジの前面を前記相手方部材の被取付面の形状に合わせることを特徴とするフランジ付き軸部材の製造方法。
貫通穴が形成された板状の取付用フランジと、前記貫通穴に嵌挿され、かつ前記貫通穴に密着して前記取付用フランジに接合された管状の軸部材からなるフランジ付き軸部材において、前記取付用フランジは被取付面の形状が平面である相手方部材に取り付けるもので、前記軸部材がアルミニウム合金からなり、前記貫通穴から前方側に突出した突出部が放射方向外向きに拡開して軸フランジを形成し、その背面が前記取付用フランジの貫通穴の周囲の端面に密着重合し、前記貫通穴の後方側が外径方向に張り出して張出部を形成し、前記軸フランジと張出部の間に前記取付用フランジが挟まれ、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて浅いすり鉢状に形成され、前記取付用フランジと軸フランジの前面が前記被取付面に当接する同じ高さの平面となっていることを特徴とするフランジ付き軸部材。
貫通穴が形成された板状の取付用フランジと、前記貫通穴に嵌挿され、かつ前記貫通穴に密着して前記取付用フランジに接合された管状の軸部材からなるフランジ付き軸部材において、前記取付用フランジは被取付面の形状が平面である相手方部材に取り付けるもので、前記軸部材がアルミニウム合金からなり、前記貫通穴から前方側に突出した突出部が放射方向外向きに拡開して軸フランジを形成し、その背面が前記取付用フランジの貫通穴の周囲の端面に密着重合し、前記貫通穴の後方側が外径方向に張り出して張出部を形成し、前記軸フランジと張出部の間に前記取付用フランジが挟まれ、前記取付用フランジがアルミニウム合金押出材からなり、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において浅いすり鉢状に形成され、前記断面において前記取付用フランジと軸フランジの前面が前記被取付面に当接するように同じ高さとなっていることを特徴とするフランジ付き軸部材。
貫通穴が形成された板状の取付用フランジと、前記貫通穴に嵌挿され、かつ前記貫通穴に密着して前記取付用フランジに接合された管状の軸部材からなるフランジ付き軸部材において、前記軸部材がアルミニウム合金からなり、前記貫通穴から前方側に突出した突出部が放射方向外向きに拡開して軸フランジを形成し、その背面が前記取付用フランジの貫通穴の周囲の端面に密着重合し、前記貫通穴の後方側が外径方向に張り出して張出部を形成し、前記軸フランジと張出部の間に前記取付用フランジが挟まれ、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成され、前記取付用フランジと軸フランジの前面が前記基準面に当接するようになっていることを特徴とするフランジ付き軸部材。
貫通穴が形成された板状の取付用フランジと、前記貫通穴に嵌挿され、かつ前記貫通穴に密着して前記取付用フランジに接合された管状の軸部材からなるフランジ付き軸部材において、前記軸部材がアルミニウム合金からなり、前記貫通穴から前方側に突出した突出部が放射方向外向きに拡開して軸フランジを形成し、その背面が前記取付用フランジの貫通穴の周囲の端面に密着重合し、前記貫通穴の後方側が外径方向に張り出して張出部を形成し、前記軸フランジと張出部の間に前記取付用フランジが挟まれ、前記取付用フランジがアルミニウム合金押出材からなり、前記取付用フランジが当接する相手方部材の被取付面の形状を基準面としたとき、前記軸フランジの背面が密着重合する前記貫通穴の周囲の端面形状が、前記軸フランジの放射方向での肉厚変化に合わせて、前記取付用フランジの押出方向に垂直な断面において前記貫通穴の縁に近いほど前記基準面より後退した形状に形成され、前記断面において前記取付用フランジと軸フランジの前面が前記基準面に当接するようになっていることを特徴とするフランジ付き軸部材。