WO2013115066A1

WO2013115066A1 - エネルギー吸収部材及びその製造方法、並びに、矩形断面部材および多角形断面部材の電磁拡管方法

Info

Publication number: WO2013115066A1
Application number: PCT/JP2013/051489
Authority: WO
Inventors: 秀樹石飛; 寛哲細井; 圭輔赤崎
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US20140353990A1; CN104094011A; US9327664B2; CN104094011B

Abstract

　筒状のアルミニウム合金押出材からなるステイ素材の端部を、電磁成形で拡開してフランジ部を形成し、バンパーステイを製造する場合に、割れの発生や肉厚減少を生じさせることなく、フランジ幅を増大できるようにする。周方向に沿って波形状に起伏する周壁８を有するステイ素材７を用いる。ステイ素材７の周方向に沿った周壁の外周の周長Ｌ（波形状の起伏に沿って１周したときの延べ長さ）が、同じ外径（最小外接円９の径）の単なる円筒形の周壁の周長Ｌ_０より長い（Ｌ＞Ｌ_０）。Ｌ－Ｌ_０を余剰線長という。ステイ素材７の周壁８がこの余剰線長を有することにより、周壁８の端部を拡開してフランジ部を成形したとき、大きい径のフランジ部を形成することができる。

Description

エネルギー吸収部材及びその製造方法、並びに、矩形断面部材および多角形断面部材の電磁拡管方法

　本発明は、自動車の衝突時に衝突エネルギーを吸収するバンパーステイ等のエネルギー吸収部材及びその製造方法、並びに、矩形断面部材および多角形断面部材の電磁拡管方法に関する。

　近年、乗用車の衝突や歩行者保護に関する基準が強化され、一方では、燃費や運動性能の向上が要求されており、バンパーリインフォース（bumper reinforcement）の高強度化やバンパーステイ（クラッシュボックス）のエネルギー吸収効率の向上、及びさらなる軽量化、あるいは歩行者保護部品（特許文献１参照）のエネルギー吸収効率の向上等が求められている。また、トラックについても、乗用車の潜り込み防止の目的で、フロント及びリアのアンダープロテクター（特許文献２参照）の衝突強度基準が強化されているが、積載重量の増大のため、アンダーランプロテクターやアンダーランプロテクターステイのエネルギー吸収効率の向上及び軽量化が求められている。

　エネルギー吸収効率の向上と軽量化、さらに部品点数の削減、接合方法の簡略化等の目的で、筒状のアルミニウム合金押出材（又はアルミニウム合金板を筒状に曲げ成形したもの）の一方又は両方の端部に、電磁成形を利用してフランジを成形した縦圧壊のバンパーステイが知られている（特許文献３～８参照）。
　このアルミニウム合金押出材等は、バンパーステイが衝突時に吸収すべき所定のエネルギー吸収量に対応して、その直径及び肉厚が決定されるが、電磁成形による拡管でフランジ部は材料が伸ばされるため、拡管率（拡管後の周長／元の周長）が大きいと、フランジ部の外周部に割れが入ったり、肉厚減少を生じるため、電磁成形で成形できるフランジ幅には限界がある。

　詳しくは、アルミニウム合金等からなる金属製筒状素材を、内周面が円形又は多角形断面を有する金型の内部に配置し、電磁成形用コイルを前記金属製筒状素材の内側に挿入し、その状態を保持したうえで電磁成形用コイルに大電流を流し、電磁誘導現象により前記金属製筒状素材に誘導電流を誘起させ、フレミング左手の法則による電磁力を生じさせることで、前記金属製筒状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、バンパーステイ等のエネルギー吸収部材のような種々の部材の成形に適用されている。

　例えば特許文献８には、アルミニウム合金製筒状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９には、アルミニウム合金製筒状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製筒状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４には、１回目の拡管成形でアルミニウム合金製筒状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１０には、円形断面のアルミニウム合金製筒状素材を、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。

特開２０１１－１０５１８３号公報特開２００８－２７３２７１号公報特開２０１０－１１６１２９号公報特開２０１０－６９９２７号公報特開２００６－３０５５８７号公報特開２００５－１５２９２０号公報特開２００５－７４７５号公報特開２００４－１８９０６２号公報特開２００４－２３７８１８号公報特開平６－３１２２６号公報

　筒状のアルミニウム合金押出材等において、成形できるフランジ幅の限界値は、通常、素材直径の２０～３０％であり、素材直径が小さい場合には、ボルト締結に必要なフランジ幅を確保できないという問題がある。また、バンパーステイとサイドメンバーの締結において、バンパーステイ側にボルト締結に必要なフランジ幅自体を確保できる場合であっても、サイドメンバーとのボルト締結位置の一部又は全部を、バンパーステイの成形可能なフランジ幅の範囲内に設定できない場合もある。

　上記の問題点を解決する手段として、筒端に別部品（フランジ）を電磁成形によりカシメ締結したり（特許文献６参照）、アーク溶接により接合することが行われているが、部品点数や加工工数が増え、バンパーステイの重量やコストが増大するという問題がある。また、ボルトの取付点数を減らしたり、ボルト径を小さくすることも対策として考えられるが、その場合は十分な締め付け強度を確保できないという問題が生じる。

　本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもので、筒状のアルミニウム合金押出材等の端部を、電磁成形等の加工手段により拡開してフランジ部を形成し、バンパーステイ等のエネルギー吸収部材を製造する場合に、従来以上に割れの発生や肉厚減少を生じさせることなく、フランジ幅を増大できるようにすることを第１の目的とする。

　また、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。

　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８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３４～３６を参照して説明する。
　まず、図３４（ａ）では、円筒状のアルミニウム合金素材２０１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２０３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材２０１の内部に円形断面の電磁成形用コイル２０２を配置している。金型２０３のコーナー部２０３ａ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。

　図３４（ａ）の状態で電磁成形用コイル２０２に通電してアルミニウム合金素材２０１を拡管成形する。このとき、アルミニウム合金素材２０１が、金型２０３の内周面のコーナー部２０３ａ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３４（ｂ）に２点鎖線で示す目標断面形状２０５のようになる。しかし、この目標断面形状２０５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２０４は、図３４（ｂ）に実線で示すように、コーナー部２０４ａのＲが目標断面形状２０５（金型２０３の内周面に沿った形状）のコーナー部２０５ａ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２０１が、金型２０３の内周面のコーナー部２０３ａに達するほどの変形（拡管）をしないということである。

　仮に、この拡管成形において、電磁成形用コイル２０２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２０１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２０１が金型２０３のコーナー部２０３ａ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２０２の耐久性が低下する。また、金型２０３のコーナー部２０３ａ付近ではアルミニウム合金素材２０１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３４（ｂ）に示すとおり、コーナー部２０４ａ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。

　次に、図３５では、円筒状のアルミニウム合金素材２１１を金型２１３の内部に配置し、かつアルミニウム合金素材２１１の内部に円形断面の電磁成形用コイル２１２を配置し、この状態で電磁成形用コイル２１２に通電して、アルミニウム合金素材２１１を拡管成形している。金型２１３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２１３Ａと小断面部２１３Ｂを有し、両者の間に段差部２１３Ｃが形成されている。この電磁成形により、図３６に示すとおり、大断面部２１４Ａと小断面部２１４Ｂ及び両者の間の段差部２１４Ｃからなる四角形断面部材（バンパーステイ）２１４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２１３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２１４は、大断面部２１４Ａ、小断面部２１４Ｂ、及び打差部２１４Ｃ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。

　バンパーステイ２１４は、図３６に示すように、小断面部２１４Ｂが２点鎖線で示すサイドメンバー２１５の断面内に挿入され、段差部２１４Ｃがサイドメンバー２１５の先端のフランジ２１５Ａに当接し、小断面部２１４Ｂとサイドメンバー２１５がボルト締結され、これによりバンパーステイ２１４はサイドメンバー２１５に固定される。衝突時にバンパーステイ２１４に掛かる荷重は、バンパーステイ２１４の大断面部２１４Ａから、フランジ２１５Ａを介してサイドメンバー２１５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２１５も同じく、コーナー部２１５ａ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。

　従って、図３６（ａ）に示すように、バンパーステイ２１４の大断面部２１４Ａとサイドメンバー２１５は、軸方向に見たとき、断面のコーナー部２１４ａ，２１５ａにおいて一致しない。このため、バンパーステイ２１４に係る衝突荷重を、大径部２１４Ａのコーナー部２１４ａからサイドメンバー２１５のコーナー部２１５ａに伝達することができず、その結果、バンパーステイ２１４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。

　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第２の目的とする。

　本発明に係るエネルギー吸収部材は、周方向に沿って波形状に起伏する周壁を有し、該周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きい筒状の金属製形材から成形されたもので、周方向に沿って波形状に起伏する筒状の周壁を有する軸部と、前記金属製形材の端部周壁の全周が拡開して形成されたフランジ部からなることを特徴とする。
　本発明において金属製形材とは、長手方向に沿って実質的に同一断面を有する金属製部材を意味する。筒状の金属製形材には筒状の押出材のほか、板材を筒状に成形したものも含まれ、そのうち特に望ましいのはアルミニウム合金押出材である。

　また、波形状に起伏するとは、周方向に沿って凹凸が繰り返される形態を意味する。その波形には例えば正弦波状、三角波状、歯車状、それらの組み合わせ等、種々の形態があり得る。
　周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きいとは、周方向に沿った周壁の外周の周長（波形状の起伏に沿って１周したときの延べ長さ）が、同じ外径（最小外接円径）の単なる円筒形の周壁の周長より長いことを意味する。

　上記エネルギー吸収部材は、周方向に沿って波形状に起伏する周壁を有し、該周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きい筒状の金属製形材を素材とし、その端部周壁の全周を塑性加工により拡開してフランジ部を形成することにより製造することができる。上記塑性加工の全部又は一部を電磁成形で行うことができる。
　エネルギー吸収部材の軸部に相当する箇所は実質的に拡管せず、元の金属製形材の断面形状をほぼそのまま維持することもできるが、フランジ部の成形と同時に適当な拡管率で拡管することも本発明に含まれる。後者の場合、軸部の周壁は、素材である金属製形材の周壁と同様の形態で波形状に起伏している必要はない。例えば金属製形材の周壁の波形状の起伏が、正弦波状の形態を有していた場合、拡管により軸部の周壁の波形形状を三角波状の形態に変えることも可能である。

　本発明に係る矩形断面部材の電磁拡管方法は、筒状の周壁を有する金属製筒状素材を内周面が縦横比１：１．２以上の矩形断面を有する金型の内部に配置し、かつ導体を螺旋状に巻いた円柱状の電磁成形用コイルを前記金属製筒状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、前記金属製筒状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矩形断面部材の電磁成形方法を改良したもので、特に金属製筒状素材の断面形状と、金属製筒状素材の金型内での配置形態に特徴がある。
　具体的には、前記金属製筒状素材の周壁の断面が、前記電磁成形用コイルの外周の曲率に略沿って対向配置された２箇所の凸湾曲領域と、対向配置された２箇所の略直線領域と、前記凸湾曲領域と略直線領域をつなぐ４箇所の凹凸領域からなり、前記凹凸領域は前記凸湾曲領域につながる凹部と前記略直線領域につながる凸部からなり、前記凸湾曲領域が前記金型の断面の長辺側に対向して配置され、前記略直線領域が前記金型の断面の短辺側に対向して配置される。

　上記電磁成形方法において、前記金属製筒状素材を拡管成形すると同時に、前記金属製筒状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、前記矩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。前記矩形断面部材がこのようなエネルギー吸収部材の場合、前記金属製筒状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部分が窪みとなる）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。

　上記電磁成形方法において、前記矩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、前記金属製筒状素材を電磁成形で拡管し、矩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、前記穴に前記金属製筒状素材の一部を挿入し、前記金属製筒状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。
　前記金属製筒状素材は、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。金属製筒状素材の材質は、例えばアルミニウム合金からなる。

　本発明に係る多角形断面部材の電磁成型方法は、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。

　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。

　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。

　本発明に係るエネルギー吸収部材によれば、金属製形材の筒状の周壁の周長が、一般的な円形断面の周壁に比べて長く形成されている。本発明では、そのことを周壁が余剰線長を有するという。本発明に係る金属製形材は、周壁が余剰線長を有することから、周壁の端部を拡開してフランジ部を成形したとき、従来の円形断面の金属製形材と同じ拡管率（拡管後の周長／元の周長）でフランジ部を成形したとしても、大きい径のフランジ部、すなわちフランジ幅の大きいフランジ部を成形できるようになる。これにより、これまでボルト締結ができなかった相手材とのボルト締結が可能となり、あるいはボルト締結位置の設定の自由度が増す。
　また、エネルギー吸収部材の軸部の周壁が、周方向に沿って波形状に起伏していることから、軸方向にみると、軸部の周壁に軸方向に平行な一種の稜線が複数個形成されていることになり、これが衝突時の座屈変形を抑制するので、平均荷重及びエネルギー吸収量を増大させることができる。

　本発明に係るアルミニウム合金多角形断面部材は、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。

　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。

　本発明に係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。

本発明に係るバンパーステイ素材の平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。本発明に係るバンパーステイの平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。図２のバンパーステイの製造方法を説明する一部断面側面図である。本発明に係るバンパーステイの製造方法を工程順に説明する図である。本発明に係るバンパーステイの軸部の断面図である。本発明に係るクラッシュビード付きバンパーステイの平面断面図（ａ）（（ｂ）のＡ－Ａ断面図）、及び側面図（ｂ）である。本発明に係るバンパーステイ素材の平面図である。本発明に係るバンパーステイ素材の平面図である。本発明に係るバンパーステイ素材の平面図である。本発明に係るバンパーステイとバンパーリインフォースからなるバンパー構造体の一部断面平面図である。本発明に係るバンパーステイとバンパーリインフォースからなるバンパー構造体の平面図（ａ）、（ａ）のＢ－Ｂ断面図（ｂ）、及びバンパーステイ中間材の断面図である。本発明に係るバンパーステイとバンパーリインフォースからなるバンパー構造体の平面図（ａ）、（ａ）のＣ－Ｃ断面図（ｂ）である。本発明に係るバンパーステイとバンパーリインフォースからなるバンパー構造体の平面図（ａ）、（ａ）のＤ－Ｄ断面図（ｂ）である。従来のバンパーステイ素材の平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。従来のバンパーステイの平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。金属製筒状素材と電磁成形用コイルの巻き線部の隙間面積（横軸）と、金属製筒状素材に生じる磁気圧力の平均値（縦軸）の関係を示すグラフである。図１６のグラフの磁気圧力の解析に用いた金属製筒状素材の断面形状、及びその他の解析条件を示す図である。図１６のグラフの磁気圧力の解析に用いた金属製筒状素材の断面形状、及びその他の解析条件を示す図である。本発明に係る金属製筒状素材（図１８のＢ４）と比較例の金属製筒状素材（図１８のＢ３）において、周壁の曲率ρ（横軸）と、発生する磁気圧力Ｐ（縦軸）の関係を示すグラフである。本発明に係る金属製筒状素材の断面形状と、金型内での配置形態を示す図である。本発明に係る金属製筒状素材（図１８のＢ４）と比較例（図１８のＢ３）の金属製筒状素材において、発生する平均磁気圧力（横軸）と、周壁の単位長あたりに必要な塑性仕事（縦軸）の関係を示す図である。本発明に係る別の金属製筒状素材の断面形状と、金型内での配置形態を示す図である。本発明に係るさらに別の金属製筒状素材の断面形状と、金型内での配置形態を示す図である。本発明に係るさらに別の金属製筒状素材の断面形状と、金型内での配置形態を示す図である。本発明に係るさらに別の金属製筒状素材の断面形状と、金型内での配置形態を示す図である。本発明に係る矩形断面部材の製造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もので、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金属製筒状素材の正面図（ｂ）、及びその側面図（ｃ）である。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。本発明に係る矩形断面部材の製造方法をフランジ付きバンパーステイの成形に適用した例を説明するもので、金型と金型内に配置した金属製筒状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フランジ付きバンパーステイの平面図（ｃ）を示す。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。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。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。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。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。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。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。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。

　以下、図１～図１５を参照し、本発明に係るエネルギー吸収部材について、主としてバンパーステイを例に、より具体的に説明する。なお、このバンパーステイに関する説明は、他のエネルギー吸収部材に対しても適用される。
　初めに図１４を参照して、従来の金属製形材（ステイ素材）とエネルギー吸収部材（バンパーステイ）について説明する。
　図１４（ａ），（ｂ）は、金属製形材（アルミニウム合金押出材）を所定長さに切断したステイ素材１を示す。ステイ素材１は円形断面を有する筒状体で、この例では、両方の端面（切断面）が軸方向に対し垂直な平面内にある。なお、ステイ素材１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もできる。

　例えば特許文献７，８等に記載されているように、ステイ素材１の周壁２の周囲を両端部を除いて金型で包囲し、ステイ素材１内部に電磁成形コイルを挿入し、該電磁成形コイルに瞬間大電流を流し、ステイ素材１の端部周壁を電磁成形で拡開して、図１５（ａ），（ｂ）に示すバンパーステイ３を成形することができる。バンパーステイ３は、円筒状の軸部４とその両端に形成されたフランジ部５，６を有する。フランジ部５，６は軸部４の軸方向に対し垂直な平面内に形成されている。この例では軸部４の拡管率（拡管後の周長／元の周長）はゼロか極めて小さく設定されている。先に述べたように、フランジ部５，６のフランジ幅の大きさＷ_５，Ｗ_６には制約がある。
　フランジ部５，６の拡管成形は、１回だけの電磁成形でなく、特許文献５に記載されているように、２回以上の電磁成形を繰り返して行ったり、電磁成形の前後に適宜プレス成形を付加して行うこともできる。

　図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係るステイ素材７を示す。ステイ素材７は、筒状の周壁が周方向に沿って凹凸を繰り返す金属製形材（アルミニウム合金押出材）を所定長さに切断したものである。
　図１（ａ）に示すとおり、ステイ素材７の周壁８は、周方向に沿って波形状に起伏している。この波形は波長λの正弦波状の形態を有し、凸部８ａと凹部８ｂからなる単位波形が周壁８の周方向に沿って８個繰り返され、周壁８は軸方向に垂直な断面において８回対称となっている。周壁８の厚みは全周で一定であり、周壁８の外周面（凸部８ａの頂部）に接する最小外接円９及び周壁８の内周面（凹部８ｂの底部）に接する最大内接円１１が同心である。周壁８の外周の周長（波形状の起伏に沿って一周したときの延べ長さ）をＬとし、最小外接円９の周長をＬ_０とすると、Ｌ＞Ｌ_０の関係にある。
　ステイ素材７は、従来のステイ素材１と同様に、両方の端部（切断面）が軸方向に対し垂直な平面内にある。ステイ素材７として、金属板をプレス成形又はロール成形で筒状に成形したもの（金属製形材）を用いることもできる。

　図２（ａ），（ｂ）に示すバンパーステイ１２は、バンパーステイ３と同様に、ステイ素材７の周壁８の周囲を両端部を除いて金型で包囲し、ステイ素材７の内部に筒状に巻き回した電磁成形コイルを挿入し、該電磁成形コイルに瞬間大電流を流し、ステイ素材７の端部を拡開して成形したものである。前記金型の内周面は筒状で、周方向に沿って波形状（正弦波状の形態）に起伏し、ステイ素材７の周壁８の外周面にほぼ密接する。図３に、ステイ素材７、金型１３及び電磁成形コイル１４の配置を示す。この電磁成形によりステイ素材７は拡管し、ステイ素材７の中間部は金型１３の内周面に圧接し、金型１３の端面１３ａ，１３ｂから突き出た両端部は拡開して前記端面１３ａ，１３ｂに打ち当たる。

　電磁成形されたバンパーステイ１２は、周方向に沿って波形状（正弦波状）に起伏する筒状の軸部１５と、その両端に形成されたフランジ部１６，１７からなる。フランジ部１６，１７は軸部１５の軸方向に対し垂直な平面内に形成されている。この例では軸部１５の拡管率はゼロか極めて小さく設定され、軸部１５の周壁は元のステイ素材７の周壁８の断面形状をほぼそのままの形で残している。

　ステイ素材７の周壁８は周方向に沿って波形状に起伏し、周壁８の外周の周長Ｌと最小外接円９の周長Ｌ_０が、Ｌ＞Ｌ_０の関係にある。Ｌ－Ｌ_０を本発明では余剰線長という。従来の円形断面のステイ素材１の外径が、前記最小外接円９の径（ステイ素材７の外径）と同じとしたとき、ステイ素材７の周壁８はステイ素材１の周壁２と比較して、Ｌ－Ｌ_０の余剰線長を有するということができる。
　ステイ素材７がこの余剰線長を有するため、ステイ素材１と同じ拡管率（拡管後の周長／元の周長）でフランジ部１６，１７を成形した場合、拡管後の周長（フランジ部１６，１７の外径）を大きくし、そのフランジ幅Ｗ_１６，Ｗ_１７（図２に示すのはフランジ幅の最も小さい箇所）を大きくすることができる。なお、周壁８が周方向に沿って波形状に起伏するステイ素材７を用いた場合でも、フランジ部１６，１７の外周（輪郭）は図２（ａ）に図示のとおりほぼ円形に成形される。

　バンパーステイのフランジ部の成形は、１回の電磁成形で行うこともできるし、特許文献５に記載されているように、複数回の電磁成形で行うこともできる。また、電磁成形によらず、プレス成形を複数回繰り返したり（特許文献５の従来技術参照）、部分鍛造を行うことにより、上記と同様のフランジ部を成形することもできる。
　あるいは、電磁成形とプレス成形を組み合わせてフランジ部を成形することもできる。この点を図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。まず、第１工程として、図４（ａ）に示すように、ステイ素材１８（ステイ素材７と同じ断面形状を有するものとする）の周壁１９の周囲を金型２１で包囲し、ステイ素材１８の内部に円形断面（同一径でらせん状に巻き回した）の電磁成形コイル２２を挿入し、電磁成形コイル２２に瞬間大電流を流し、金型２１の端面から突き出していたステイ素材１８の端部をフレア状に拡管成形し、ステイ中間材１８ａを成形する。続いて第２工程として、図４（ｂ）に示すように、金型２３によりステイ中間材１８ａを保持し、パンチ２４でフレア状部２５ａを軸方向にプレス成形して拡開し、フランジ部２５を成形する。
　これとは逆に、第１工程として、プレス成形でステイ素材の端部をフレア状に成形した後、フレア状部を電磁成形でさらに拡開し、フランジ部を成形することもできる（特許文献５参照）。

　図２に示すバンパーステイ１２は、軸部１５の拡管率がゼロか極めて小さく、元のステイ素材７の断面形状がほぼそのままの形で軸部１５に残されている。一方、バンパーステイの軸部の拡管率を所定の大きさに設定し、又は／及び、軸部の断面形状を元のステイ素材７の断面形状から実質的に変化させることもできる。例えば、図５に示す軸部２６は、同じステイ素材７を用いて電磁成形したもので、周壁２７の波形が凹部２７ｂにおいて三角波状（凸部２７ａは正弦波状を保つ）になるように成形したものである。軸部２６の周壁２７に軸方向に平行に形成される稜線２８が、図２の例（軸部１５）に比べてより明瞭となる。
　なお、以上の例では、ステイ素材の周壁（及びバンパーステイの軸部の周壁）の波形は８個の単位波形からなるが、衝突時の軸部の変形モードを考慮すると、周壁の波形を構成する単位波形の数は偶数個が望ましい。ただし、奇数個を排除するものではない。

　電磁成形によりフランジ部を拡開成形する際、同時にバンパーステイの軸部にクラッシュビードを成形することができる。例えば図３に示す電磁成形であれば、ステイ素材７を包囲する金型１３の内周面の複数箇所に所定形状の窪みを形成し、電磁成形時にステイ素材７の周壁８を前記窪みに膨出させることで、前記クラッシュビードを成形することができる。図６に示すバンパーステイ２８において、軸部２９に形成されたクラッシュビード３１はそのようにして形成されたものである。

　このクラッシュビード３１は、周壁３２の波形の凹部３２ｂに形成され、凹部３２ｂを埋めて両側の凸部３２ａ，３２ａまで広がり、軸部２９の軸方向に沿って８列形成されている。すなわち、周壁３２の波形を構成する単位波形毎にクラッシュビード列が軸方向に１列形成され、隣接するクラッシュビード列では、クラッシュビード３１，３１，・・は異なる高さに、すなわち軸方向にみて千鳥足配置で形成され、１つ置きのクラッシュビード列では、各クラッシュビード３１，３１，・・は同じ高さに形成されている。
　なお、クラッシュビードの形成位置は、周壁の波形の凹部に限定されるものではない。

　ステイ素材は、上記の例に限らず、種々の断面形状をとることができる。例えば次のように、周壁の肉厚を周方向に沿って変化させることができる。
（１）電磁成形用コイルの成形力が相対的に及びにくい周壁の中心から遠い箇所（波形の凸部）を相対的に薄肉とする。電磁成形用コイルの成形力が十分でない場合でも、フランジ部の成形が可能となる。
（２）フランジ成形後のボルト締結位置になる箇所（ボルト締結予定箇所）を相対的に厚肉として、ボルト締結部の強度を上げる。
（３）バンパーステイの軸部の周壁にクラッシュビードを膨出成形する場合、ステイ素材の周壁のクラッシュビードを成形する箇所（波形の凹部）を相対的に薄肉として、電磁成形で膨出しやすくし、その代わりに波形の凸部を相対的に厚肉として、バンパーステイの軸部のエネルギー吸収量の低下を防止する。

　図７～９は、ステイ素材の断面形状の他の例を示す。周壁の波形等がステイ素材７とは異なる。
　図７に示すステイ素材３３の周壁３４は、周方向に沿って波形状の起伏を有する。この波形は歯車状の形態を有し、凸部３４ａと凹部３４ｂからなる波長λの単位波形が周壁３４の周方向に沿って８個繰り返され、周壁３４は軸方向に垂直な断面において８回対称となっている。前記単位波形の波長λのうち、凹部３４ｂの成分が大部分を占める。周壁３４の厚みは全周で一定であり、周壁３４の外周面に接する最小外接円３５及び周壁３４の内周面に接する最大内接円３６が同心である。
　ステイ素材３３は、周壁３４の外周の周長（波形状の起伏に沿って一周したときの延べ長さ）をＬとし、最小外接円３５の周長をＬ_０とすると、Ｌ＞Ｌ_０の関係にあり、周壁３４は先に述べた余剰線長を有する。

　周壁３４の凹部３４ｂは、周方向に沿ったほぼその全長にわたり最大内接円３６と接触している。従って、ステイ素材３３は、周壁３４と最大内接円３６の接触延べ線長が、ステイ素材７より長い。
　拡管用の電磁成形コイルは、導線を円筒状又は切頭円錐筒状に螺旋形に巻き回した構成のものが一般的に用いられることから、ステイ素材３３の場合、周壁３４と電磁成形用コイルを周方向の大部分において極めて近接させることができ、フランジ部の成形にあたり、電磁成形コイルによる高い成形力（反発力）をステイ素材３３の周壁３４に与えることができる。

　図８に示すステイ素材３７の周壁３８は、周方向に沿って波形状の起伏を有する。この波形は歯車状の形態を有し、凸部３８ａ及び凹部３８ｂからなる波長λの単位波形が周壁３８の周方向に８個繰り返され、周壁３８は８回対称となっている。周壁３８の厚みは全周で一定であり、周壁３８の外周面に接する最小外接円３９及び周壁３８の内周面に接する最大内接円４１が同心である。
　ステイ素材３７は、周壁３８の外周の周長（波形状の起伏に沿って一周したときの延べ長さ）をＬとし、最小外接円３９の周長をＬ_０とすると、Ｌ＞Ｌ_０の関係にあり、周壁３８は先に述べた余剰線長を有する。
　このステイ素材３７は、周壁３８が歯車状の波形を有する点で、ステイ素材３３と類似するが、波形の凸部３８ａの周方向に沿った長さが凹部３８ｂの周方向に沿った長さより長い点で異なる。凸部３８ａをフランジ成形後のボルト締結位置になる箇所（ボルト締結予定箇所）とするのが望ましい。

　図９に示すステイ素材４２の周壁４３は、周方向に沿って波形状の起伏を有する。この波形は、異なる２つの波形（ステイ素材３３の周壁３４の波形とステイ素材３７の周壁３８の波形に類似）を組み合わせた形態を有する。周方向に沿って凸部４３ａと凹部４３ｂからなる波長λ_１の単位波形と、凸部４３ｃと凹部４３ｄからなる波長λ_２の単位波形が、周壁４３の周方向に沿って４個ずつ交互に繰り返され、周壁４３は軸方向に垂直な断面において４回対称となっている。ただし、凸部４３ａは外周側が薄肉化して最小外接円４４と接しない凸部と、内周側が薄肉化して最小外接円４４と接する凸部の２つがあり、厳密にいえば波長λ_１の単位波形には２種類がある。周壁４３の外周面に接する最小外接円４４及び周壁４３の内周面に接する最大内接円４５が同心である。

　ステイ素材４２は、周壁４３の外周の周長（波形状の起伏に沿って一周したときの延べ長さ）をＬとし、最小外接円４４の周長をＬ_０とすると、Ｌ＞Ｌ_０の関係にあり、周壁４３は先に述べた余剰線長を有する。
　周壁４３は、周方向に沿って波形の波長、高さ及び肉厚が変化し、周壁４３の厚みは凸部４３ａが相対的に薄肉とされ、電磁成形により変形しやすくなっている。凸部４３ｃは、凸部４３ａに比べて周方向に長く、かつ厚肉である。凸部４３ｃの位置をフランジ成形後のボルト締結位置とするのが望ましい。

　以上のステイ素材３３，３７，４２を用いてフランジ部を有するバンパーステイを成形する場合、ステイ素材７の場合と同様に、バンパーステイの軸部の拡管率をゼロか極めて小さく、元のステイ素材の断面形状をほぼそのままの形で軸部に残すようにすることができる。同じくステイ素材７の場合と同様に、バンパーステイの軸部の拡管率を所定の大きさに設定し、又は／及び、軸部の断面形状を元のステイ素材３３，３７，４２の断面形状から実質的に変化させることもできる。

　フランジ部の成形に電磁成形を利用する場合、ステイ素材として次のような材質、形状が望ましい。
　ステイ素材の材質は、熱伝導度が高く、熱処理により高強度化できるＪＩＳ６０００系アルミニウム合金が好ましい。
　ステイ素材の周壁の波形を構成する単位波形（１つの凸部と１つの凹部の組み合わせ）の数Ｎは、３≦Ｎ≦３０の範囲から選択することが好ましく、中でもＮは偶数であることが好ましい。Ｎがこれより多いと波形の曲率変化が大きく、フランジ部の成形の際に割れが発生する可能性があり、少ないと余剰線長を確保しにくい。

　ステイ素材の内径（最大内接円径）ｄ_１は、２０ｍｍ≦ｄ_１≦２００ｍｍの範囲から選択することが好ましい。ｄ_１がこれより大きいと周壁に凹凸がなくても十分なフランジ幅が確保でき、これより小さいと電磁成形でフランジ部を拡開成形するのが困難である。
　ステイ素材の周壁の波形の振幅（ステイ素材の外径（最小外接円径）ｄ_２と内径（最大内接円径）ｄ_１の差）ｄ_２－ｄ_１は、２ｍｍ≦ｄ_２－ｄ_１≦４０ｍｍの範囲から選択することが好ましい。ｄ_２－ｄ_１がこれより大きいと拡管に必要な電磁力を作用させることが困難であり、小さいと有効な余剰線長を確保しにくい。

　本発明に係るバンパーステイは、バンパーリインフォースにボルト・ナットで締結するタイプと、電磁成形によりバンパーリインフォースにかしめ接続するタイプの両方に適用できる。
　図１０は、バンパーステイ４６とバンパーリインフォース４７からなるバンパー構造体を示す。バンパーステイ４６は、周方向に沿って波形状に起伏する周壁を有する筒状の軸部４８と、その両端部に形成されたフランジ部４９，５１からなる。軸部４６の軸方向に対し傾斜して成形されたフランジ部４９が、バンパーリインフォース４７の背面にボルト・ナットで締結されている。一方、サイドメンバー側（車体側）のフランジ部５１は、軸部４６の軸方向に対し垂直に形成され、図示しないサイドメンバーの前端にボルト・ナットで締結される。
　バンパーリインフォース４７は、鋼製又はアルミニウム合金製の中空材からなり、鋼製の場合はロールフォーム鋼が、アルミニウム合金製の場合は押出材が好適に利用できる。
　バンパーステイ４６は、アルミニウム合金押出材からなるステイ素材、又はアルミニウム合金板を筒状に成形したステイ素材から成形される。

　図１１（ａ），（ｂ）は、バンパーステイ５２とバンパーリインフォース５３からなるバンパー構造体を示す。このバンパー構造体の基本構造は、特許文献３に記載されたものと同じである。
　バンパーリインフォース５３は、バンパーリインフォース４７と同様に鋼製又はアルミニウム合金製の中空材からなり、両端部が前後方向に潰し加工され、断面略コの字状に成形されている。この潰し加工によりバンパーリインフォース５３の前後壁は密着し、そこに円形のバーリング穴５４が成形されている。バーリング穴５４の穴フランジは、衝突時の危害を防止する観点から、サイドメンバー側に向いて突出して形成されている（特許文献３の図４参照）。
　バンパーステイ５２は、周方向に沿って波形状に起伏する筒状の周壁を有する軸部５５と、サイドメンバー側の端部に形成されたフランジ部５６からなり、軸部５５の先端部（接続部５５ａ）がバンパーリインフォース５３にかしめ接続されている。接続部５５ａの周壁はバーリング穴５４の内周面に密着し、先端が拡開して小さいフランジ部５７が形成されている。

　前記バンパー構造体の製造にあたり、筒状のステイ素材は、まず、図１１（ｃ）に示すように、ステイ中間材５８に予成形される（特許文献３の図１７参照）。ステイ中間材５８は、元のステイ素材の周壁をそのまま残した小径軸部５９、やや拡径した大径軸部６１、及びサイドメンバー側の端部に形成された前記フランジ部５６からなる。このステイ中間材５８は、前記ステイ素材を電磁成形で拡管（小径軸部５９を除く）することにより成形できる。

　続いて、ステイ中間材５８の小径軸部５９を前記バーリング穴５４に挿入し、小径軸部５９を電磁成形により拡管する。これにより、ステイ中間材５８（電磁成形後はバンパーステイ５２）はバンパーリインフォース５３にかしめ接続される。この電磁成形にあたり、小径軸部５９のみを局部的に加熱軟化することもできる（特許文献４参照）。
　なお、ステイ素材を予成形することなく、ステイ素材のままその前方部分を前記バーリング穴５４に挿入し、ステイ素材の全長を電磁成形で拡管することにより、軸部５５及びフランジ部５６を成形し、同時にバンパーリインフォース５３にかしめ接続することも可能である（特許文献３参照）。

　図１２は、バンパーステイ６２とバンパーリインフォース６３からなるバンパー構造体を示す。このバンパー構造体の基本構造は、特許文献４に記載されたものと同じである。　バンパーリインフォース６３は、バンパーリインフォース４７と同様に鋼製又はアルミニウム合金製の中空材からなる。バンパーリインフォース６３は、全長にわたり同じ断面形状を有し（両端部が潰し加工されていない）、バンパーリインフォース６３の前後壁にバーリング穴６４，６５が形成され、両方のバーリング穴６４，６５の穴フランジがどちらもバンパーリインフォース６３の中空内部側に突出している点で、図１１に示すバンパーリインフォース５３と異なる。

　バンパーステイ６２は、周方向に沿って波形状に起伏する筒状の周壁を有する軸部６６と、サイドメンバー側の端部に形成されたフランジ部６７からなり、軸部６６の先端部（接続部６６ａ）がバンパーリインフォース６３にかしめ接続されている。バンパーステイ６２は、接続部６６ａが２つのバーリング穴６４，６５の内周面に密着し、かつバーリング穴６４，６５の間（バンパーリインフォース６３の前後壁の間）で膨出している点で、図１１に示すバンパーステイ５２と異なる。
　バンパーステイ６２とバンパーリインフォース６３からなるバンパー構造体の製造にあたっては、図１１に示すバンパー構造体と同様の方法が適用できる。

　図１３は、バンパーステイ６８とバンパーリインフォース６９からなるバンパー構造体を示す。
　バンパーリインフォース６９はハット型断面であり、高張力鋼やホットスタンプ鋼からなる。両端部に円形のバーリング穴７１が成形され、その穴フランジはサイドメンバー側に向いて突出して形成されている。
　バンパーステイ６８は、図１１に示すバンパーステイ５２と同様の構造を有する。
　バンパーステイ６８とバンパーリインフォース６９からなるバンパー構造体の製造にあたっては、図１１に示すバンパー構造体と同様の方法が適用できる。

　以下、本発明に係る電磁拡管方法について、詳しく説明する。
　金属製筒状素材を目標とする断面形状に電磁拡管成形するには、断面の周長を変化させるための伸び変形と曲率を変化させるための曲げ変形がそれぞれ必要である。一般に伸び変形は、曲げ変形に比べて、単位長さあたりの変形に必要な塑性仕事量が１０倍～１００倍程度大きい。従って、伸び変形が少ない方が塑性仕事量が減り、電磁成形コイルへ投入するエネルギーを少なくすることができる。金属製筒状素材の断面に凹凸を形成して周壁に余剰線長を与え、その周長を目標とする断面形状の周長に近づけると、必要な伸び変形の量を減らし、電磁拡管成形に必要な投入エネルギーを大幅に低減することができる。

　一方、金属製筒状素材にいたずらに余剰線長を与え、電磁成形コイルと筒状素材の隙間を大きくすると、電磁成形時に電磁成形コイルと金属製筒状素材の間での漏れ磁束が増加し、金属製筒状素材に発生する磁気圧力が減少する。図１６のグラフは、金属製筒状素材に生じる平均磁気圧力が、電磁成形コイルの巻き線部と金属製筒状素材の隙間面積に反比例して減少することを示す。図１６において、平均磁気圧力は、発明者が作成した簡易的３Ｄ電磁場解析プログラムを使用して求めた。解析条件として、図１６中の●は、電磁成形用コイルをφ８２．５ｍｍの円柱状とし、金属製筒状素材を図１７のＡ１～Ａ５とし、電磁拡管成形後の断面形状（金型の内周面形状）を断面９２×９２ｍｍ、コーナーＲ６ｍｍの正方形断面とし、図１６中の□は、電磁成形用コイルをφ５７ｍｍの円柱状とし、金属製筒状素材を図１８のＢ１～Ｂ５とし、電磁成形後の断面形状（金型の内周面形状）を断面６５×１００ｍｍ、コーナーＲ６ｍｍの矩形断面とした。

　また、磁気圧力は、金属製筒状素材の周壁の断面の曲率（周方向曲率）が負の部分、すなわち断面の凹部において増加する傾向があり、該凹部が変形しやすい。図１９のグラフは、金属製筒状素材に生じる磁気圧力が、金属製筒状素材の周方向曲率が負の場合に増加することを示す。磁気圧力は前記３Ｄ電磁場解析プログラムを使用して求めた。解析条件として、図１９中の●は金属製筒状素材を図１８のＢ４とし、△は金属製筒状素材を図１８のＢ３とし、共に電磁成形用コイルをφ５７ｍｍの円柱状とし、電磁成形後の断面形状（金型の内周面形状）を断面６５×１００ｍｍ、コーナーＲ６ｍｍの矩形断面とした。

　以上のことから、金属製筒状素材を目標とする断面形状に電磁拡管成形する場合、その断面形状に応じて、適切な余剰線長の与え方が存在する。
　図２０は、目標とする断面形状を縦横比１：１．２以上の矩形（長方形）断面とした場合に適切な、本発明に係る金属製筒状素材１０１の周壁の断面形状と、金属製筒状素材１０１の金型１０２（内周面のみ示す）内での配置形態を示す。図２０において、筒状の周壁を有する金属製筒状素材１０１が、内周面が矩形断面を有する金型１０２の内部に配置され、金属製筒状素材１０１の内部に、導体を同一径で螺旋状に巻いた円柱状の電磁成形用コイル１０３が配置されている。
　金型１０２の内周面は長手方向（紙面に垂直）にそって実質的に同じ断面形状を有し、４つのコーナーに曲率Ｒが形成されている。

　金属製筒状素材１０１は、例えばアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもので、その周壁は長手方向に沿って同一断面を有する。金属製筒状素材１０１の周壁の断面は、電磁成形用コイル１０３の外周の曲率に略沿って円弧形状に形成され、対向配置された２箇所の凸湾曲領域１０４と、凸湾曲領域１０４から９０度回転した位置に対向配置された２箇所の略直線領域１０５と、凸湾曲領域１０４と略直線領域１０５をつなぐ４箇所の凹凸領域１０６からなり、１８０度回転対称で、略直線領域１０５は互いに略平行である。凹凸領域１０６はそれぞれ、凸湾曲領域１０４につながる円弧状の凹部１０６ａと略直線０２につながる円弧状の凸部１０６ｂからなる。凹凸領域１０６が形成されていることで、金属製筒状素材１０１の周壁は余剰線長を有する。具体的に図１８を参照すると、Ｂ４（本発明例）の周壁は、Ｂ１（単なる円形断面）に比べて長い周長（外周長）、すなわち余剰線長を有する。

　金属製筒状素材１０１は、凸湾曲領域１０４が金型１０２の内周面の長辺側に対向して配置され、略直線領域１０５が金型１０２の内周面の短辺側に対向して配置されている。また、凹凸領域１０６の凹部１０６ａが金型１０２の内周面の長辺側に対向して配置されている。電磁成形用コイル１０３は、凸湾曲領域１０４に挟まれ、かつ凸湾曲領域１０４に近接して配置されている。
　この状態で電磁成形用コイル１０３に通電すると、金属製筒状素材１０１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型１０２の内周面（コーナー部を含めて）に達して拡管成形が終了し、目標とする断面形状（金型１の内周面に沿った形状）の矩形断面部材が成形される。なお、成形された矩形断面部材のコーナー部は、金型１０２の内周面に沿った曲率を有する。

　以上説明した金属製筒状素材１０１の断面形状及び金型１０２内での配置形態により、本発明に係る電磁成形方法は、次のような作用を有する。
　金属製筒状素材１０１は周壁が余剰線長を有し、その周長（外周長）が目標とする矩形断面（金型１０２の内周面形状）の周長とほぼ同じ又は近くなっているため、電磁拡管成形時の伸び変形が緩和される。また、コーナー部の局部的な肉厚減少が低減され、破断を防止することができる。なお、金属製筒状素材１０１の外周長を、目標とする矩形断面の外周長に比べて０．５～４．０％短くすることにより、伸び変形による肉余りを回避することができる。

　金属製筒状素材１０１の周壁に略直線領域１０５が形成され、これが金型１０２の短辺側に対向して配置されることで、矩形断面部材の短辺を成形する際に必要な塑性仕事が、単純な円形断面の金属製筒状素材に比べて大幅に低減できる。
　金属製筒状素材１０１の周壁に、電磁成形用コイル１０３の外周の曲率に略沿う凸湾曲領域１０４と、これにつながる凹部１０６ａが形成されているから、周長が長いにも関わらず、金属製筒状素材１０１と電磁成形コイル１０３の巻き線部との隙間面積を小さくできる。
　金属製筒状素材１０１の周壁の４箇所の凹部１０６ａに作用する磁気圧力が、その他の領域に比べて増加し、凹部１０６ａが変形の起点となるため、電磁拡管成形時の変形形態の制御が容易となる。

　本発明に係る金属製筒状素材（図１８のＢ４）と比較例の金属製筒状素材（図１８のＢ３）を矩形断面に電磁拡管成形したとき、各金属製筒状素材に生じる平均磁気圧力と、各金属製筒状素材の成形に必要な単位長あたりの塑性仕事量を、前記３Ｄ電磁場解析プログラムを使用して求めた。その結果を図２１に示す。解析条件として、電磁成形用コイルをφ５７ｍｍの円柱状とし、電磁成形後の断面形状（金型の内周面形状）を断面６５×１００ｍｍ、コーナーＲ６ｍｍの矩形断面とした。
　図２１に示すように、本発明に係る金属製筒状素材（図１８のＢ４）では、比較例の金属製筒状素材（図１８のＢ３）に比べ、成形に必要な塑性仕事は減少する一方で、断面に作用する平均磁気圧力が増加し、目標とする矩形断面形状に成形しやすくなっている。なお、比較例の金属製筒状素材（図１８のＢ３）も、単純な円形断面（図１８のＢ１）又は楕円断面（図１８のＢ２）に比べると、成形に必要な塑性仕事は少なく、断面に作用する平均磁気圧力は大きい。

　次に、金属製筒状部材の周壁の断面形状及び金型内での配置形態の他の例を、図２２～図２５に示す。
　図２２に示す金属製筒状部材１１１の周壁は、金属製筒状部材１０１と同じく、対向配置された２箇所の凸湾曲領域１１４、対向配置された２箇所の略直線領域１１５、及び凸湾曲領域１１４と略直線領域１１５をつなぐ４箇所の凹凸領域１１６からなり、１８０度回転対称とされている。また、凸湾曲領域１１４が金型１１２（内周面のみ示す）の断面の内周面の長辺側に対向して配置され、略直線領域１１５が金型１１２の短辺側に対向して配置され、凹凸領域１１６の凹部１１６ａが金型１０２の内周面の長辺側に対向して配置されている。ただし、金属製筒状部材１１１は、凹凸領域１１６を構成する凹部１１６ａと凸部１１６ｂの曲率半径Ｒが金属製筒状部材１０１に比べて大きく、略直線領域１１５が金型１１２の短辺により近接して配置されている。図２２において、１１３は電磁成形用コイルである。金属製筒状部材１１１のこの断面形状及び配置形態によれば、矩形断面部材の短辺を成形する際に必要な塑性仕事をより低減することができる。

　図２３に示す金属製筒状部材１２１の周壁（外周のラインのみ表示）は、金属製筒状部材１０１と同じく、対向配置された２箇所の凸湾曲領域１２４、対向配置された２箇所の略直線領域１２５、及び凸湾曲領域１２４と略直線領域１２５をつなぐ４箇所の凹凸領域１２６からなり、１８０度回転対称とされている。また、凸湾曲領域１２４が金型１２２（内周面のみ示す）の内周面の長辺側に対向して配置され、略直線領域１２５が金型１２２の断面の短辺側に対向して配置され、凹凸領域１２６の凹部１２６ａが金型１２２の内周面の長辺側に対向して配置されている。ただし、金属製筒状部材１２１は、凸湾曲領域１２４の周長が長い。図２３において、１２３は電磁成形用コイルである。金属製筒状部材１２１のこの断面形状によれば、金属製筒状素材１２１の周長を長くし、縦横比の大きい金型１２２の内周面の周長に近づけることができる。

　図２４に示す金属製筒状部材１３１の周壁（外周のラインのみ表示）は、金属製筒状部材１０１と同じく、対向配置された２箇所の凸湾曲領域１３４、対向配置された２箇所の略直線領域１３５、及び凸湾曲領域１３４と略直線領域１３５をつなぐ４箇所の凹凸領域１３６からなり、１８０度回転対称とされている。また、凸湾曲領域１３４が金型１３２（内周面のみ示す）の内周面の長辺側に対向して配置され、略直線領域１３５が金型１３２の断面の短辺側に対向して配置され、凹凸領域１３６の凹部１３６ａが金型１３２の内周面の長辺側に対向して配置されている。ただし、金属製筒状部材１３１は、凸湾曲領域１３４が電磁成形用コイル１３３の外周に略沿って円弧形状に形成されているが、その曲率がやや大きく、金属製筒状素材１０１に比べ略直線領域１３４が短い。図２４において、１３３は電磁成形用コイルである。金属製筒状部材１３１は、略直線領域１３４が短いことにより、金属製筒状素材１３１と電磁成形用コイル１３３の巻き線部の隙間面積を小さくすることができる。

　図２５に示す金属製筒状部材１４１の周壁は、金属製筒状部材１０１と同じく、対向配置された２箇所の凸湾曲領域１０４、対向配置された２箇所の略直線領域１４５、及び凸湾曲領域１０４と略直線領域１４５をつなぐ４箇所の凹凸領域１４６からなり、１８０度回転対称とされている。また、凸湾曲領域１０４が金型１４２の内周面の長辺側に対向して配置され、略直線領域１４５が金型１４２の断面の短辺側に対向して配置され、凹凸領域１４６の凹部１４６ａが金型１４２の内周面の長辺側に対向して配置されている。ただし、金属製筒状部材１４１は、略直線領域１０４が円弧状に少し凸湾曲している。図２５において、１４３は電磁成形用コイルである。金属製筒状部材１４１のこの断面形状によれば、凹凸領域１４６の凸部１４６ｂの曲率を緩和し、電磁成形時に凸部１４６ｂから破断が発生するのを抑制することができる。

　図２６，２７は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、金属製筒状素材から矩形断面部材（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２６において、金属製筒状素材１５１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、前記周壁は金属製筒状素材１０１と同じく、２箇所の円弧状の凸湾曲領域１５６、２箇所の略直線領域１０５及び４箇所の凹凸領域１５６からなる。

　バンパーリインフォース１５２は矩形断面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１５２ａ，１５２ｂに上下方向にやや長い矩形の穴１５２ｃ，１５２ｄが形成されている。穴１５２ｃ，１５２ｄは、サイドメンバー１５３（図２３参照）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。金属製筒状素材１５１は、バンパーリインフォース１５２の穴１５２ｃ，１５２ｄに挿入され、前端が穴１５２ｃの先に突出している。
　なお、前記穴１５２ｃ，１５２ｄはバーリング穴とすることが望ましい。前方（衝突）側の穴１５２ｃ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１５３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）。

　続いて、金属製筒状素材１５１の後方部分（バンパーリインフォース１５２の穴１５２ｄ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、かつ金属製筒状素材１５１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、内周面が矩形断面（コーナー部に曲率を有する）で、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１５３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１５３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１０３と同様の円断面コイルである。

　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１５１を拡管成形して、図２７に示す矩形断面部材（バンパーステイ１５７）を成形し、同時にバンパーリインフォース１５２にかしめ締結する。
　金属製筒状素材１５１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１５７ａ、小断面部１５７ｂ、及び両者の間の段差部１５７ｃが成形される。大断面部１５７ａはコーナー部を含めてサイドメンバー１５３の断面の外側輪郭とほぼ同形状の矩形断面を有し、小断面部１５７ｂは、コーナー部を含めてサイドメンバー１５３の断面の内側輪郭とほぼ同形状の矩形断面を有する。大断面部１５７ａと小断面部１５７ｂは、いずれもコーナー部の曲率半径Ｒが小さく、稜線部が明確な矩形断面を有している。また、大断面部１５７ａ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１５８）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１５８，１５８，・・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。

　一方、金属製筒状素材１５１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１５２内及びバンパーリインフォース１５２の前方で拡管して、縦壁１５２ａ，１５２ｂの部分ではコーナー部を含めて穴１５２ｃ，１５２ｄの内周面に密着し、かつ縦壁１５２ａ，１５２ｂ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１５７ｄが成形される。
　電磁成形後、バンパーステイ１５７の小断面部１５７ｂの両側面にボルト穴１５９が形成される。続いてバンパーステイ１５７の小断面部１５７ｂがサイドメンバー１５３の断面内に挿入され、段差部１５７ｃがサイドメンバー１５３の先端のフランジ１５３ａに当接し、小断面部１５７ｂとサイドメンバー１５３がボルト締結され、これによりバンパーステイ１５７がサイドメンバー１５３に固定される。

　図２８は、本発明に係る電磁成形方法を利用して、金属製筒状素材からフランジ付き矩形断面部材（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。
　金属製筒状素材１６１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、前記周壁は金属製筒状素材１０１と同じく、２箇所の円弧状の凸湾曲領域１６４、２箇所の略直線領域１６５及び４箇所の凹凸領域１６６からなる。

　電磁成形にあたっては、金属製筒状素材１６１を内周面が矩形断面０１（コーナー部に曲率を有する）の金型１６２内に挿入し、金属製筒状素材１６１の一端を金型１６２の一方の端面１６２ａから突出させ、かつ電磁成形用コイル１６３を金属製筒状素材１６１の内部に配置する。
　この状態で電磁成形用コイル１６３に通電すると、金属製筒状素材１６１は拡管成形され、金型１６２の内部では周壁が全周にわたり金型１６２の内周面（コーナー部を含めて）に達し、金型１６２の端面１６２ａから突出した部分では、周壁が拡開して端面１６２ａに打ち当たり、拡管成形が終了する。
　この電磁成形で得られたフランジ付き矩形断面部材（バンパーステイ１６７）は、図２８（ｃ）に示すように、矩形断面部１６７ａと端部のフランジ１６７ｂからなる。

　図２９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２０３及び電磁成形コイル２０２は、図３４に示すものと同じである。
　アルミニウム合金素材２２１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２２２と、円弧状領域２２２に挟まれた複数の凹凸領域２２３からなる。
　円弧状領域２２２は略円形の基本断面２２４（図２９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２２２の中心角（円弧状領域２２２の両端と基本断面２２４の中心Ｏのなす角度）はいずれもθ_１に設定されている。基本断面２２４は、先に述べたとおり、円弧状領域２２２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２０１（図３４参照）の断面に相当する。

　凹凸領域２２３では周壁が基本断面２２４から外れて外向きに突出している。この凹凸領域２２３についても、円弧状領域２２２と同様に中心角（凹凸領域２２３の両端と基本断面２２４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２２３の中心角はいずれもθ_２に設定されている。同じ中心角θ_２で比較すると、凹凸領域２２３における周壁の長さ（周長）Ｌ_１は、円弧状領域２２２（又は基本断面２２４）の周壁の長さ（周長）Ｌ_０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（Ｌ_１－Ｌ_０）が、凹凸領域２２３における余剰線長である。アルミニウム合金素材２２１の断面全体でみれば、余剰線長はこの例では４×（Ｌ_１－Ｌ_０）である。

　電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材２２１を金型２０３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル２０２をアルミニウム合金素材２２１の内部に配置する。このとき、金型２０３内において、アルミニウム合金素材２２１を、各凹凸領域２２３が金型２０３の各コーナー部２０３ａ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２０２に通電すると、アルミニウム合金素材２２１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型２０３の内周面（コーナー部２０３ａ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２２１の拡管は、金型２０３の内周面の全周で拘束されることになる。

　余剰線長（Ｌ_１－Ｌ_０）を有する凹凸領域２２３が、金型２０３のコーナー部２０３ａ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２２３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２０３ａの内周面の奥まで達し、全体的に金型２０３の内周面に沿った断面形状、すなわちコーナー部２２５ａのＲが小さく稜線が明確に出た四角形断面部材２２５が成形される。
　この四角形断面部材２２５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２２５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。

　図３０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２１２及び金型２１３は、図３５に示すものと同じである。
　アルミニウム合金素材２３１は、アルミニウム合金素材２２１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２３２と、円弧状領域２３２に挟まれた複数の凹凸領域２３３からなる。円弧状領域２３２は略円形の基本断面２３４（図３０に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域２３３では周壁が基本断面２３４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域２３３の周壁は、アルミニウム合金素材２２１の凹凸領域２２３と同様に余剰線長を有する。

　電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材２３１を金型２１３の内部に配置し、かつ電磁成形用コイル２１２をアルミニウム合金素材２３１の内部に配置する。このとき、金型２１３内において、アルミニウム合金素材２３１を、各凹凸領域２３３が金型２１３の各コーナー部２１３ａ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２１２に通電すると、アルミニウム合金素材２３１は拡管成形され、周壁が全周にわたり金型２１３の内周面（コーナー部２１３ａ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２３３が、金型２１３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２２３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２１３の内周面に沿った断面形状、すなわち図３０（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２３５が成形される。

　バンパーステイ２３５は、バンパーステイ２１４と同様の形態でサイドメンバー２１５（図３６参照）に固定される。バンパーステイ２３５では、大断面部２３５Ａの断面形状を、コーナー部を含めてサイドメンバー２１５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２３５に掛かる荷重は、バンパーステイ２３５の大断面部２３５Ａのコーナー部からも、フランジ２１５Ａ（図３６参照）を介してサイドメンバー２１５に伝達され、バンパーステイ２１４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２３５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。

　一方、バンパーステイ２３５の小断面部２３５Ｂ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２１５（図３６参照）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２３５Ｂをサイドメンバー２１５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２３５Ｂとサイドメンバー２１５を側面からボルト締結することで、バンパーステイ２３５とサイドメンバー２１５（図３６参照）の固定がより確実となる。

　図３１，４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３１において、アルミニウム合金素材２４１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２３１と同じく、周方向に沿った複数の円弧状領域２４２と、円弧状領域２４２に挟まれた複数の凹凸領域２４３からなり、円弧状領域２４２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２４１は、サイドメンバー２４４（図３２参照）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２４３の上下間隔ｄ_１を左右間隔ｄ_２より少し大きく設定している。

　バンパーリインフォース２４５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２４５ａ，２４５ｂに上下方向にやや長い長方形の穴２４６，２４７が形成されている。穴２４６，２４７は、サイドメンバー２４４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２４１は、バンパーリインフォース２４５の穴２４６，２４７に挿入され、前端が穴２４６の先に突出している。
　なお、前記穴２４６，２４７はバーリング穴とすることが望ましい。前方（衝突）側の穴２４６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２４４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）。

　続いて、アルミニウム合金素材２４１の後方部分（バンパーリインフォース２４５の穴２４７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２４１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２１３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２４４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２４４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２１２と同様の円断面コイルである。

　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２４１を拡管成形して、図３２に示すバンパーステイ２４８を成形し、同時にバンパーリインフォース２４５にかしめ締結する。
　アルミニウム合金素材２４１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２４８ａ、小断面部２４８ｂ、及び両者の間の段差部２４８Ｃが成形される。大断面部２４８ａはコーナー部２４８ａを含めてサイドメンバー２４４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２４８ｂは、コーナー部２４８ｂを含めてサイドメンバー２４４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２４８ａと小断面部２４８ｂは、いずれもコーナー部２４８ａ，２４８ｂ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２４８ａ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２４９）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２４９，２４９，・・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。

　一方、アルミニウム合金素材２４１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２４５内及びバンパーリインフォース２４５の前方で拡管して、縦壁２４５ａ，２４５ｂの部分ではコーナー部を含めて穴２４６，２４７の内周面に密着し、かつ縦壁２４５ａ，２４５ｂ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２４８の小断面部２４８ｂの両側面にボルト穴２５２が形成される。続いてバンパーステイ２４８の小断面部８４Ｂがサイドメンバー２４４の断面内に挿入され、段差部２４８Ｃがサイドメンバー２４４の先端のフランジ２４４ａに当接し、小断面部２４８ｂとサイドメンバー２４４がボルト締結され、これによりバンパーステイ２４８がサイドメンバー２４４に固定される。

　図３３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２６１は、アルミニウム合金素材２２１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２６２と、円弧状領域２６２に挟まれた複数の凹凸領域２６３からなる。円弧状領域２６２は略円形の基本断面２６４（図３３に２点鎖線で示す）の周方向に沿って配置され、凹凸領域２６３では周壁が基本断面２６４から外れて外向きに突出している。従って、凹凸領域２６３の周壁は、アルミニウム合金素材２２１の凹凸領域２２３と同様に余剰線長を有する。

　電磁成形にあたっては、アルミニウム合金素材２６１を金型２６６内に挿入し、アルミニウム合金素材２６１の一端を金型２６６の一方の端面２６６ｂから突出させ、かつ電磁成形用コイル２６５をアルミニウム合金素材２６１の内部に配置する。このとき、金型２６６内において、アルミニウム合金素材２６１を、各凹凸領域２６３が金型２６６の各コーナー部２６６ａ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２６５に通電すると、アルミニウム合金素材２６１は拡管成形され、金型２６６の内部では周壁が全周にわたり金型２６６の内周面（コーナー部２６６ａを含めて）に達し、金型２６６の端面２６６ｂから突出した部分では、周壁が拡開して端面２６６ｂに打ち当たり、拡管成形が終了する。

　この電磁成形で得られたフランジ付きバンパーステイ２６７は、図３３（ｃ）に示すように、四角形断面部２６８と端部のフランジ２６９からなる。余剰線長を有する凹凸領域２６３が、金型２６６のコーナー部２６６ａ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２６３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２６６ａの奥まで達し、全体的に金型２６６の内周面に沿った断面形状、すなわち図３３（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２６８を有するバンパーステイ２６７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２６９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

　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。

（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。

（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３１，３２の例では、バンパーステイ２４８とバンパーリインフォース２４５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。

（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。

（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３２，３３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。

　　７，１８，３３，３７，４２…ステイ素材
　　８，１９，３４，３８，４３…ステイ素材の周壁
　　８ａ…周壁の凸部
　　８ｂ…周壁の凹部
　　９，３５，３９，４４…周壁の外周面に接する最小外接円
　　１１，３６，４１，４５…周壁の内周面に接する最大内接円
　　１２，２８…バンパーステイ
　　１３，２１…金型
　　１４，２２…電磁成形コイル
　　１５，２６，２９…バンパーステイの軸部
　　１６，１７，２５…バンパーステイのフランジ部
　　２４…パンチ
　　１０１…金属製筒状素材
　　１０２…金型
　　１０３…電磁成形用コイル
　　１０４…凸湾曲領域
　　１０５…略直線領域
　　１０６…凹凸領域
　　１０６ａ…凹部
　　１０６ｂ…凸部
　　２１２，２６５…電磁成形用コイル
　　２１３，２６６…金型
　　２２１，２３１，２４１，２６１…アルミニウム合金素材
　　２２２，２３２，２４２，２６２…円弧状領域
　　２２３，２３３，２４３，２６３…凹凸領域
　　２２４，２３４，２６４…基本断面
　　２２５，２３５，２４８，２６７…四角形断面部材（バンパーステイ）
　　２４４…サイドメンバー
　　２４５…バンパーリインフォース

Claims

　周方向に沿って波形状に起伏する周壁を有し、該周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きい筒状の金属製形材から成形されたエネルギー吸収部材であり、周方向に沿って波形状に起伏する筒状の周壁を有する軸部と、前記金属製形材の端部周壁の全周が拡開して形成されたフランジ部からなることを特徴とするエネルギー吸収部材。
　前記軸部の周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きいことを特徴とする請求項１に記載されたエネルギー吸収部材。
　前記軸部の周壁の断面形状が、前記金属製形材の周壁の断面形状とほぼ同一であることを特徴とする請求項２に記載されたエネルギー吸収部材。
　前記金属製形材がアルミニウム合金押出材からな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エネルギー吸収部材。
　前記軸部の周壁に外向きに膨出する複数個のクラッシュビードが成形されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載されたエネルギー吸収部材。
　前記エネルギー吸収部材がバンパーステイであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載されたエネルギー吸収部材。
　周方向に沿って波形状に起伏する周壁を有し、該周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きい筒状の金属製形材を素材とし、その端部周壁の全周を塑性加工により拡開してフランジ部を形成し、周方向に沿って波形状に起伏する筒状の周壁を有する軸部と前記フランジ部からなるエネルギー吸収部材を製造することを特徴とするエネルギー吸収部材の製造方法。
　前記軸部の周壁の外周の周長円相当径が最小外接円径より大きいことを特徴とする請求項７に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
　前記金属製形材がアルミニウム合金押出材からなり、前記塑性加工の全部又は一部を電磁成形で行うことを特徴とする請求項７又は８に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
　前記電磁成形により、前記金属製形材の周壁を外向きに膨出させ、前記軸部の周壁に外向きに膨出する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９に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
　前記エネルギー吸収部材がバンパーステイであることを特徴とする請求項７～１０のいずれかに記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
　筒状の周壁を有する金属製筒状素材を内周面が縦横比１：１．２以上の略矩形断面を有する金型の内部に配置し、かつ導体を螺旋状に巻いた円柱状の電磁成形用コイルを前記金属製筒状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、前記金属製筒状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矩形断面部材の電磁成形方法において、前記金属製筒状素材の周壁の断面が、前記電磁成形用コイルの外周の曲率に略沿って対向配置された２箇所の凸湾曲領域と、対向配置された２箇所の略直線領域と、前記凸湾曲領域と略直線領域をつなぐ４箇所の凹凸領域からなり、前記凹凸領域は前記凸湾曲領域につながる凹部と前記略直線領域につながる凸部からなり、前記凸湾曲領域が前記金型の断面の長辺側に対向して配置され、前記略直線領域が前記金型の断面の短辺側に対向して配置されることを特徴とする矩形断面部材の電磁成形方法。
　前記金属素材を拡管成形すると同時に、前記金属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１２に記載された矩形断面部材の電磁成形方法。
　前記矩形断面部材がエネルギー吸収部材であり、前記金属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１２又は１３に記載された矩形断面部材の電磁成形方法。
　前記矩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１４に記載された矩形断面部材の製造方法。
　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、前記穴に前記金属素材の一部を挿入し、前記金属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１５に記載された矩形断面部材の電磁成形方法。
　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。
　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１７に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
　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１７又は１８に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。
　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１７～１９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。
　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２０に記載された多角形断面部材の製造方法。
　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２１に記載された多角形断面部材の電磁成形方法。