WO2020031868A1 - 管部材のかしめ接合方法 - Google Patents

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WO2020031868A1
WO2020031868A1 PCT/JP2019/030367 JP2019030367W WO2020031868A1 WO 2020031868 A1 WO2020031868 A1 WO 2020031868A1 JP 2019030367 W JP2019030367 W JP 2019030367W WO 2020031868 A1 WO2020031868 A1 WO 2020031868A1
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pipe
coil
hole
tube
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PCT/JP2019/030367
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隆介 日置
智恵子 今井
今村　美速
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/04—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes with tubes; of tubes with rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
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    • B21D39/08—Tube expanders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L13/00—Non-disconnectable pipe joints, e.g. soldered, adhesive, or caulked joints
    • F16L13/14—Non-disconnectable pipe joints, e.g. soldered, adhesive, or caulked joints made by plastically deforming the material of the pipe, e.g. by flanging, rolling

Definitions

  • the present invention relates to a method of caulking pipe members for joining pipe members having different diameters by electromagnetic molding.
  • Steel members are often used in automobile structural parts from the viewpoint of cost and workability such as welding.
  • some of the steel materials have been replaced with lightweight members.
  • application of such lightweight members to frame members has been studied. ing.
  • Patent Literature 1 discloses a method in which a small-diameter pipe and a large-diameter pipe, which are made of steel, are coaxially overlapped with each other, and internal pressure is applied to the overlapped portion to integrally expand the diameter and caulk.
  • Patent Document 2 discloses a method of integrally expanding the diameter of an aluminum alloy or a steel material by electromagnetic forming.
  • An object of the present invention is to provide a method for caulking a pipe member which can suppress a gap of a caulked portion caused by a springback difference after pipe expansion and improve torsional strength.
  • the present invention has the following configurations. Preparing a first pipe member and a second pipe member smaller in diameter than the first pipe member; A step of preparing a forming jig in which a hole having a larger diameter than the first pipe member is formed; The second pipe member is inserted into the pipe of the first pipe member to form an overlapping portion between the first pipe member and the second pipe member, and is formed radially inward of the hole of the molding jig.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of a first tube member, a second tube member, an electromagnetic molding coil, and a molding jig before electromagnetic molding.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the forming jig of the first configuration example.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state where an overlapping portion of the first tube member and the second tube member shown in FIG. 1 is electromagnetically formed.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a joined body of the first tube member and the second tube member from which the molding jig has been removed after the electromagnetic molding.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of a first tube member, a second tube member, an electromagnetic molding coil, and a molding jig before electromagnetic molding.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the forming jig of the first configuration example.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state where an overlapping portion of the first tube member and the second tube member shown in FIG.
  • FIG. 5A is a process explanatory view showing stepwise how the first tube member and the second tube member are deformed radially outward at the ends of the holes of the forming jig by electromagnetic forming.
  • FIG. 5B is a process explanatory view showing stepwise how the first tube member and the second tube member are deformed radially outward at the end of the hole of the forming jig by electromagnetic forming.
  • FIG. 5C is a process explanatory view showing stepwise how the first pipe member and the second pipe member are deformed radially outward at the ends of the holes of the forming jig by electromagnetic forming.
  • FIG. 5A is a process explanatory view showing stepwise how the first tube member and the second tube member are deformed radially outward at the ends of the holes of the forming jig by electromagnetic forming.
  • FIG. 5B is a process explanatory view showing stepwise how the first tube member and the second tube member are deformed radially outward at the end of the
  • FIG. 6 is a reference view showing a state of electromagnetic expansion of a conventional first pipe member in which the pipe end of the first pipe member does not protrude from a hole of a forming jig.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the input energy to the coil and the strength of the joined structure obtained by electromagnetic forming for each plate thickness of the forming jig at the time of electromagnetic expansion.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of a molding jig of the second configuration example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the arrangement positions of the contact block, the first pipe member, and the second pipe member shown in FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the change in the tensile peak load with respect to the input energy for each experimental example.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram showing a conventional pipe expanding technique.
  • FIG. 11B is an explanatory diagram showing a conventional pipe expanding technique.
  • first pipe member and a second pipe member having different diameters and circular axial vertical cross sections are expanded by electromagnetic forming inside a forming jig, and the respective members are caulked and joined together.
  • the method of caulking will be described.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the arrangement of a first tube member, a second tube member, an electromagnetic molding coil, and a molding jig before electromagnetic molding.
  • the Z direction is a vertical direction
  • the X and Y directions are horizontal directions
  • the X direction is an axial direction of the first tube member 11 and the second tube member 13.
  • the Y direction is a direction orthogonal to the X direction and the Z direction.
  • One tube end 14 of the second tube member 13 smaller in diameter than the first tube member 11 is inserted into the first tube member 11 from one tube end 21. Thereby, the overlapping portion 15 in which the first pipe member 11 and the second pipe member 13 overlap in the radial direction is formed.
  • a molding jig 17 is arranged on the outer periphery of the overlapping portion 15.
  • the forming jig 17 has a hole 17 a having a larger diameter than the first pipe member 11.
  • a coil 19 for electromagnetic forming is arranged in the second tube member 13.
  • the coil 19 shown in FIG. 1 represents a conductor winding portion which is a coil body around which a conductor is wound.
  • the coil 19 is axially positioned in the second tube member 13 by, for example, attaching the coil body to a support rod (not shown) and inserting the coil body together with the support rod into the second tube member 13.
  • the arrangement form of the coil 19 is not limited to this, and may be another form such as a configuration including a support mechanism (not shown) that is integrally positioned with the forming jig 17 in the axial direction.
  • the first tube member 11 and the second tube member 13 are supported concentrically by a support member (not shown) arranged at a predetermined axial distance from the overlapping portion 15.
  • the raw tube of the first tube member 11 before molding is not limited to a circular tube, but may be a square tube having a square or rectangular cross section, a hexagonal tube having a hexagonal cross section, or an octagonal tube having an octagonal cross section. And can be manufactured by welding plate materials.
  • the cross-sectional shape of the first pipe member 11 is circular, it is preferable that the second pipe member is formed in a similar shape, such as a circular cross section. Good.
  • the material of the first pipe member 11 can be appropriately selected from steel (normal steel, high-tensile steel), aluminum alloy (JIS 6000 series, 7000 series, etc.), resin, and the like.
  • the raw tube of the second tube member 13 before forming is the same as the first tube member 11 and is not limited to a circular tube, but has a square or rectangular cross section, a hexagonal hexagonal tube, and an octagonal cross section. May be manufactured by extrusion or welding of a plate material. In the case of an extruded material, a rib or the like protruding toward the inner diameter side may be provided.
  • a suitable material is an aluminum alloy (JIS6000-based, 7000-based, or the like) that is capable of electromagnetic expansion.
  • the first pipe member and the second pipe member may be made of the same material or different materials.
  • the molding jig 17 has a rigidity for receiving the pressing force from the first tube member 11 and the second tube member 13 when the Lorentz force is generated in the second tube member 13 by the excitation magnetic field from the coil 19 during the electromagnetic molding.
  • the forming jig 17 of this configuration is made of a plate material, and suitable materials include steel (for example, SS400 or the like), an extruded aluminum material, an aluminum casting, and a resin injection molded material.
  • the coil 19 is formed by winding a conductor wire around an insulating resin, and has a structure in which the conductor wire is further surrounded by the insulating resin.
  • the coil 19 is fixed to a tip of a support (not shown).
  • a conductor is wired inside the support, and the coil 19 is connected to an external power supply.
  • the rod-shaped coil unit having the coil 19 and the support is inserted into the tube of the second tube member 13 manually or by a known linear moving mechanism or the like, and is positioned and fixed at a desired arrangement position.
  • the outer diameter of the first pipe member 11 is ⁇ Dout
  • the inner diameter is ⁇ dout
  • the outer diameter of the second pipe member 13 is ⁇ Din
  • the inner diameter is ⁇ din
  • the inner diameter of the hole 17a of the forming jig 17 is ⁇ dp
  • the outer diameter of the coil 19 is Is ⁇ Dc.
  • Each diameter has a relationship of ⁇ dp> ⁇ Dout, ⁇ dout> ⁇ Din, ⁇ din> ⁇ Dc.
  • Each member is arranged concentrically, and has a substantially constant radial gap along the circumferential direction.
  • LLet is the length of the coil 19 in the coil axis direction (X direction)
  • Lk is the length of the overlapping portion 15 in the axial direction
  • W is the width of the forming jig 17 in the axial direction (plate thickness).
  • the pipe end 21 of the first pipe member 11 on the overlapping portion 15 side protrudes axially outward from the hole 17 a of the forming jig 17.
  • S be the length of the pipe end 21 projecting axially outward from the end face (opening face 17b) of the forming jig 17.
  • Each dimension has a relationship of Lc> Lk> W + S> W.
  • the axial width W of the forming jig 17 depends on the diameters of the first tube member 11 and the second tube member 13, but is set to, for example, about 30 to 50 mm.
  • the projecting length S of the tube end 21 is set to about 5 mm when the axial width W of the forming jig 17 is 40 mm.
  • the lower limit of the ratio Lc / W of the axial length Lc of the conductor winding portion of the coil 19 to the axial width W of the forming jig 17 is preferably 1.0, more preferably 1.2, and more preferably 1.2. Preferably it is 1.5.
  • the upper limit of the ratio Lc / W is preferably 3, more preferably 2.8, and even more preferably 2.5. According to this, since the coil 19 (the conductor winding portion) is arranged within the range of not less than the axial width W of the forming jig 17, the forming jig 17 of the first tube member 11 and the second tube member 13 is formed. On both sides, the inflated portion (see 27 and 29 in FIG. 4) can be reliably formed.
  • the center position Oc of the winding portion of the coil 19 in the axial direction, the center position of the axial length Lk of the overlapping portion 15, and the center position of the axial width W of the forming jig 17 are at the same position in the X direction. Be placed.
  • the forming jig 17 is a single plate material as in the forming jig 17 of the first configuration example, the first tube member 11 and the second tube member 13 are integrated after electromagnetic forming.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the molding jig 17 of the first configuration example.
  • the forming jig 17 of this configuration is a plate-like member having a hole 17a formed therein, and a pair of concave portions 23a, 23b which are concave in an arc shape in a horizontal cross section are formed on the opening surfaces 17b, 17c of the hole 17a. Is preferred.
  • the recesses 23a and 23b are formed so as to include at least a part of the hole 17a, and are shown in FIG. 2 as arc grooves that are continuous in the Z direction.
  • each of the recesses 23a and 23b may or may not coincide with the center axis of the hole 17a as shown in FIG. Further, each of the recesses 23a and 23b may be formed so as to be shifted from each other in the Y direction.
  • the axial width W of the forming jig 17 on the inner peripheral surface of the hole 17a varies depending on the circumferential position of the hole 17a. That is, the axial width W2 at the inner peripheral surfaces at both ends in the Z direction of the hole 17a is smaller than the axial width W1 at the inner peripheral surfaces at both ends in the Y direction of the hole 17a (W1> W2). In this case, on the inner peripheral surface of the hole 17a, the axial width continuously changes between W1 and W2 along the circumferential direction.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state where the overlapping portion 15 of the first tube member 11 and the second tube member 13 shown in FIG. 1 is electromagnetically formed.
  • the coil 19 is inserted into the pipe of the second pipe member 13, and the second pipe member 13 is electromagnetically expanded by energizing the coil 19.
  • Energy of, for example, about 16 kJ is instantaneously applied to the coil 19 from a power supply unit (not shown), and an eddy current is excited in the second pipe member 13 facing the coil 19. Due to this eddy current, a Lorentz force is generated in the second pipe member 13 toward the outside in the radial direction, and the second pipe member 13 is expanded by the Lorentz force.
  • the first pipe member 11 arranged on the outer periphery of the second pipe member 13 expands radially outward following the expansion deformation of the second pipe member 13.
  • the outer peripheral surface of the first pipe member 11 abuts against the inner peripheral surface of the hole 17 a of the forming jig 17 to suppress the expansion, and the expansion proceeds further on both sides of the first pipe member 11. Accordingly, in the overlapping portion 15 of the first pipe member 11 and the second pipe member 13, in a region overlapping the axial length Lc of the coil 19 on both sides of the forming jig 17 with the hole 17 a interposed therebetween. Expansion portions 27 and 29 bulging radially outward are formed.
  • the expansion portions 27 and 29 are formed by deforming the first tube member 11 and the second tube member 13 at the same time by electromagnetic molding, and are caulked to the molding jig 17 in a state where their joint surfaces are in close contact with each other. Thereby, a joint structure in which the first pipe member 11, the second pipe member 13, and the forming jig 17 are integrated is obtained.
  • the forming jig 17 is a split mold in which a plurality of dies can be disassembled by fastening members such as bolts
  • the forming jig 17 is formed from the first pipe member 11 and the second pipe member 13 after the electromagnetic jig. Can be removed.
  • a joint structure in which the first tube member 11 and the second tube member 13 are integrally joined can be obtained.
  • Such a split mold may be any as long as a hole having a larger diameter than the first pipe member 11 is formed when a plurality of molds are combined.
  • a circumferential gap may be provided between the plurality of dies. In this case, it is sufficient that the portion of each mold facing the first pipe member 11 is circumscribed by a virtual circle having a larger diameter than the first pipe member 11.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a joined body of the first tube member 11 and the second tube member 13 from which the molding jig 17 has been removed after the electromagnetic molding.
  • expansion portions 27 and 29 are formed in the joined body of the first pipe member 11 and the second pipe member 13, and the first pipe member 11 and the second pipe member are formed inside the expansion portions 27 and 29.
  • the tube member 13 is caulked and fixed.
  • FIGS. 5A to 5C are step-by-step explanations showing steps in which the first pipe member 11 and the second pipe member 13 are deformed radially outward at the end of the hole 17a of the forming jig 17 by electromagnetic forming.
  • FIG. 5A to 5C are step-by-step explanations showing steps in which the first pipe member 11 and the second pipe member 13 are deformed radially outward at the end of the hole 17a of the forming jig 17 by electromagnetic forming.
  • the second pipe member 13 expands due to Lorentz force acting on the second pipe member 13 and collides with the inner peripheral surface of the first pipe member 11.
  • the outer peripheral surface of the first pipe member 11 is pressed against the inner peripheral surface of the hole 17 a of the forming jig 17.
  • the portion of the second pipe member 13 that is not supported by the molding jig 17 (the right side of (B)) is expanded by Lorentz force.
  • the protruding portion 31 between the pipe end 21 of the first pipe member 11 and the forming jig 17 is pushed radially outward while being in close contact with the second pipe member 13 by expanding the second pipe member 13.
  • the pipe end 21 of the first pipe member 11 is located in the middle of the slope 33 of the second pipe member 13 closer to the forming jig 17 than the maximum diameter portion of the inflatable portion 39, and deforms along the slope 33. .
  • the protrusions 31 of the first pipe member 11 and the springback amounts ⁇ 1 and ⁇ 2 of the second pipe member 13 become substantially equal, and There is no gap between the second pipe member 13 and the second pipe member 13. Specifically, the pipe end 21 is urged toward the second pipe member 13 (inward in the radial direction) by the elastic restoring force of the protruding portion 31 so that the pipe end 21 and the inclined surface 33 are always in close contact.
  • FIG. 6 is a reference view showing the state of electromagnetic expansion of a conventional first pipe member 11A in which the pipe end 21 of the first pipe member 11 does not protrude from the hole 17a of the forming jig 17.
  • the springback amount ⁇ of the second pipe member 13 after the electromagnetic forming is larger than the springback amount ⁇ 2 shown in FIG. 5C. This is because the bending rigidity of the second pipe member 13 is reduced and the deformation amount of the second pipe member 13 at the time of electromagnetic expansion is increased by the absence of the protruding portion 31 of the first pipe member 11A. This is because ⁇ also increases.
  • the expansion jig 17 has The contact area between the first pipe member 11 and the hole 17a of the forming jig 17 is the contact area A shown by a dot pattern in FIG.
  • the contact area A has different axial widths in the circumferential direction (see W1 and W2 (W1 ⁇ W2) shown in FIG. 2). Therefore, the widening portion and the narrow portion of the contact area A have different deformation patterns of the first pipe member 11 and the second pipe member 13 in diameter expansion, and the degree of diameter expansion along the circumferential direction changes. .
  • the pipe in the electromagnetic forming in this case, a deformation occurs in which the pipe is not expanded in a perfect circle, but is expanded largely locally in the circumferential direction such as an elliptical shape.
  • the pipe is expanded to have a larger diameter in the circumferential area including the axial width W1 than in the circumferential area including the axial width W2.
  • the large diameter is The member having a small diameter serves as an anchor, and improves the load resistance in the circumferential direction between the first pipe member 11 and the second pipe member 13. Therefore, according to this electromagnetic molding, it is possible to improve the torsional strength while keeping the caulked joint form favorable.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the input energy to the coil and the strength of the joined structure obtained by electromagnetic molding for each axial width W of the molding jig at the time of electromagnetic expansion.
  • the maximum tensile strength is about 9 kN, but as the axial width W is reduced to 30 mm or 20 mm, the maximum tensile strength is improved. In particular, when the axial width W was changed from 40 mm to 30 mm, a remarkable improvement in strength was observed.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of a molding jig 17A of the second configuration example.
  • the forming jig 17A of the second configuration example includes a plurality of (four in this configuration) pressing portions 51 disposed radially outside the first pipe member 11 and the plurality of pressing portions 51.
  • 11 is a jig having a split type structure comprising: a block support 53 movably supported in a radial direction of No. 11;
  • the block support 53 includes a base 55 fixed to a base (not shown), a lower support 57 formed integrally with the base 55, and fastening of a bolt or the like (not shown) to the lower support 57. And an upper supporting portion 59 fixed by a member.
  • a hole 53 a is formed in the block support 53 by the concave portion 57 a of the lower support portion 57 and the concave portion 59 a of the upper support portion 59.
  • the first tube member 11 and the second tube member 13 are arranged radially inside the hole 53a, and their radial positions are adjusted by a tube member support mechanism (not shown) so that they are concentric with each other.
  • the pressing portion 51 includes a support shaft 61 and a contact block 63.
  • the support shaft 61 is movably supported by the lower support portion 57 and the upper support portion 59 along the radial direction of the hole 53a.
  • a radially inner side of the contact block 63 has a contact surface 63 a facing the outer peripheral surface of the first pipe member 11.
  • the contact surface 63a preferably has a vertical cross section in the axial direction (axial direction of the first pipe member 11) formed in an arc shape along the outer peripheral surface of the first pipe member 11, but has a flat surface or another curvature. It may be a curved surface.
  • a pair of pin holes 65 and 67 are formed on both sides of the contact block 63 of the lower support portion 57 and the upper support portion 59, respectively.
  • a pin 69 is inserted into each of the pin holes 65 and 67. The pin 69 guides the radial movement of the contact block 63.
  • the support shaft 61 is connected to a pushing mechanism (not shown), and the pushing mechanism is driven to move in the radial direction.
  • a pushing mechanism an appropriate mechanism such as a hydraulic cylinder, a mechanical pressurizing mechanism using a screw or the like can be used.
  • the pushing mechanism drives the contact block 63 in the radial direction to dispose the contact block 63 such that the contact surface 63 a of the contact block 63 is concentric with the outer peripheral surface of the first pipe member 11.
  • the pressing portions 51 are arranged at 90 ° intervals in the circumferential direction around the central axis O of the first pipe member 11, but the configuration is not limited thereto.
  • another configuration such as a configuration in which the pressing portions 51 are arranged at 120 ° intervals in the circumferential direction, a configuration in which the pressing portions 51 are arranged at 180 ° intervals, or the like may be used.
  • a gap is formed in the circumferential direction between the contact blocks 63, so that the first pipe member 11 and the second pipe member 13 project into the gap in the radial direction. Is formed. Thereby, the torsional strength between the pipe members can be improved.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the arrangement positions of the contact block 63, the first tube member 11, and the second tube member 13 shown in FIG.
  • the radial distance between the contact surface 63a of the contact block 63 and the outer peripheral surface of the first pipe member 11 is L1
  • the inner peripheral surface of the first pipe member 11 and the outer peripheral surface of the second pipe member 13 Is defined as L2.
  • Table 1 shows the molding conditions of Experimental Examples 1 to 6 in which the radial distances L1 and L2 and the input energy for electromagnetic expansion were changed.
  • First pipe member Material A6063-T5 Shape: circular pipe Thickness: 2.0 [mm]
  • Second pipe member Material A6063-T5 Shape: circular pipe Thickness: 2.0 [mm]
  • the radial distance L1 before electromagnetic forming was 1.0 [mm]
  • the radial distance L2 was 1.5 [mm]
  • the input energy was 12.8 [kJ].
  • 14.5 [kJ] and 16.2 [kJ] were subjected to electromagnetic molding.
  • the axial width W of the contact surface of the contact block that comes into contact with the first pipe member was 30 [mm].
  • electromagnetic molding was performed under the conditions of Experimental Examples 2 to 6 to obtain a joined body having an expanded portion.
  • the tensile peak loads of Experimental Examples 1 to 4 were 24.780 [kJ] at the maximum in Experimental Example 3, but in Experimental Examples 5 and 6, the tensile peak loads exceeding 27 [kJ] were obtained in all cases. .
  • the radial distance L2 between the first pipe member and the second pipe member was reduced, a remarkable increase in the tensile peak load was observed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a person skilled in the art can modify and apply the configuration based on the combination of the components of the embodiment with each other, the description in the specification, and the well-known technology.
  • the present invention is also intended to be included in the scope for which protection is sought.
  • the tube end of the first tube member is inflated by the expanded portion of the second tube member. Is formed along the slope. As a result, there is no gap between the first pipe member and the second pipe member, and it is possible to prevent rattling and poor crimping, thereby improving the bonding strength between the pipe members.
  • the expanded portion expanded by electromagnetic expansion includes a portion having a large diameter and a portion having a small diameter in the circumferential direction. It is possible to increase the load resistance in the circumferential direction between them. Thereby, the torsional strength between the pipe members is improved.
  • the forming jig includes a plurality of pressing portions circumscribing a virtual circle having a diameter larger than that of the first pipe member, and the plurality of pressing portions are formed along a circumferential direction of the virtual circle.
  • the pipe is directed radially outward from the inner peripheral surface of the divided block. It is expanded. Therefore, in the first pipe member and the second pipe member, portions having a small expansion amount (division block arrangement positions) and portions having a large expansion amount (division block non-position positions) are alternately formed along the circumferential direction. You. Thereby, the load resistance in the circumferential direction between the first pipe member and the second pipe member is enhanced. Thereby, the torsional strength between the pipe members is improved.
  • the pressing portion supported by the forming jig is pushed inward in the radial direction to deform the first tube member inward in the radial direction.
  • Caulking method According to the tube member caulking method, the distance between the first tube member and the second tube member is reduced by deforming the first tube member radially inward before electromagnetic forming, and the second tube member is formed. The deformation allowance of the first pipe member due to the electromagnetic expansion described above increases, and the joining strength between the two further improves.
  • At least one of the first pipe member and the second pipe member is made of a T1 tempered aluminum alloy.
  • the strength can be improved by natural aging after cooling from high-temperature processing of the pipe member.
  • the first pipe member and the second pipe member are heat-treated aluminum alloys, and the electromagnetic expansion pipe It is characterized in that T5 refining is performed later.
  • a natural member is aged after the solution treatment, thereby reducing residual stress and obtaining a tube member having improved joint strength.
  • first pipe member 13 second pipe member 15 overlapping portion 17, 17A forming jig 17a hole 17b, 17c opening surface 19 coil 21 tube end 23a, 23b recess 27 expansion portion 29 expansion portion 31 protrusion portion 33 slope 51 pressing Part 53 block support 53a hole

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Abstract

第１管部材（１１）の管内に第２管部材（１３）を挿入して形成される重なり部の径方向外側に、成形治具（１７）の孔部（１７ａ）を配置する。第１管部材の重なり部側の管端（２１）を孔部から軸方向外側に突出させる。軸方向長さが重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイル（１９）を第２管部材の管内に挿入し、第２管部材を電磁拡管して、第１管部材と第２管部材を同時に変形させた膨張部（２９）を形成する。これにより、膨張部の最大径部よりも成形治具側で、第１管部材の管端を第２管部材の斜面に沿って拡径させる。

Description

管部材のかしめ接合方法
　本発明は、互いに径の異なる管部材同士を電磁成形により接合する管部材のかしめ接合方法に関する。
　自動車の構造部品は、コストや溶接等の施工性の観点から鋼部材が多く用いられている。しかし、近年における燃費の向上の要求から、鋼材の一部を軽量な部材で置き換えることが行われており、パネル部材の他、フレーム部材にもそのような軽量化部材を適用することが検討されている。
　また、軽量化部材として管部材も用いられ、互いに径の異なる管部材同士を管端部で高強度に接合する工法が望まれている。例えば、特許文献１には、鋼材ではあるが、小径管と大径管とを同軸に重ね合わせ、その重ね合わせ部分に内圧をかけて一体的に拡径してかしめる方法が開示されている。また、特許文献２には、電磁成形によりアルミニウム合金や鋼材を一体的に拡径させる方法が開示されている。
日本国特開平１１－２０１３４３号公報 日本国特開２０１８－８３２１６号公報
　しかしながら、特許文献１の拡管技術においては、図１１Ａに示すように、内側の管部材４１の電磁拡管によって、内側の管部材４１及び外側の管部材４３が共に拡管した後、図１１Ｂに示すように双方の管部材４１，４３にスプリングバック差が生じ、部分的に密着していない隙間領域４５を生じる。この隙間領域４５は、管部材同士の接合強度を低下させ、ガタつきやかしめ不良の原因になる。また、特許文献２の拡管技術においても同様に、拡管後のスプリングバック差が生じ得る。さらに、管部材の周方向に関する接合強度が低く、ねじり等の耐荷重性が低下することがあった。
　本発明は、拡管後のスプリングバック差によって生じるかしめ部の隙間を抑制し、ねじり強度を向上できる管部材のかしめ接合方法を提供することを目的とする。
　本発明は下記の構成からなる。
　第１管部材と該第１管部材よりも小径の第２管部材を準備する工程と、
　前記第１管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
　前記第１管部材の管内に前記第２管部材を挿入して、前記第１管部材と前記第２管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第１管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
　軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第２管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
　前記コイルに通電して前記第２管部材を電磁拡管させ、前記第１管部材と前記第２管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第１管部材の管端を前記第２管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、を備える管部材のかしめ接合方法。
　本発明の管部材のかしめ接合方法によれば、拡管後のスプリングバック差によって生じるかしめ部の隙間を抑制し、ねじり強度を向上できる。
図１は、電磁成形前の第１管部材、第２管部材、電磁成形コイル、及び成形治具の配置を説明する断面図である。 図２は、第１構成例の成形治具の外観斜視図である。 図３は、図１に示す第１管部材と第２管部材の重なり部を電磁成形した様子を示す平面図である。 図４は、電磁成形後に成形治具を除去した第１管部材と第２管部材との接合体を示す概略斜視図である。 図５Ａは、電磁成形によって第１管部材と第２管部材が成形治具の孔部の端部において、径方向外側に向けて変形する様子を段階的に示す工程説明図である。 図５Ｂは、電磁成形によって第１管部材と第２管部材が成形治具の孔部の端部において、径方向外側に向けて変形する様子を段階的に示す工程説明図である。 図５Ｃは、電磁成形によって第１管部材と第２管部材が成形治具の孔部の端部において、径方向外側に向けて変形する様子を段階的に示す工程説明図である。 図６は、第１管部材の管端を成形治具の孔部から突出させない従来の第１管部材の電磁拡管の様子を示す参考図である。 図７は、コイルへの入力エネルギーと、電磁成形により得られた接合構造体の強度との関係を、電磁拡管時の成形治具の板厚毎に示したグラフである。 図８は、第２構成例の成形治具の概略断面図である。 図９は、図８に示す接触ブロック、第１管部材、第２管部材の配置位置を模式的に示す説明図である。 図１０は、入力エネルギーに対する引張ピーク荷重の変化を実験例毎に示すグラフである。 図１１Ａは、従来の拡管技術を示す説明図である。 図１１Ｂは、従来の拡管技術を示す説明図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　ここでは、互いに径が異なり、軸方向垂直断面が円形の第１管部材と第２管部材とを成形治具の内側で電磁成形により拡管させ、各部材を相互にかしめて接合する、管部材のかしめ接合方法を説明する。
＜電磁成形時の各部材の配置＞
　図１は電磁成形前の第１管部材、第２管部材、電磁成形コイル、及び成形治具の配置を説明する断面図である。図中のＺ方向は垂直方向、Ｘ，Ｙ方向は水平方向であり、Ｘ方向は第１管部材１１と第２管部材１３の軸方向である。Ｙ方向はＸ方向とＺ方向に直交する方向である。
　第１管部材１１には、一方の管端２１から、第１管部材１１よりも小径な第２管部材１３の一方の管端１４が挿入される。これにより、第１管部材１１と第２管部材１３とが径方向に重なり合った重なり部１５が形成される。
　重なり部１５の外周には成形治具１７が配置される。成形治具１７は第１管部材１１よりも大径の孔部１７ａが形成されている。
　第２管部材１３の管内には、電磁成形用のコイル１９が配置される。図１に示すコイル１９は、導体が巻き回されたコイル本体である導体巻き回し部を表している。このコイル１９は、例えば不図示の支持棒にコイル本体を取り付け、支持棒と共に第２管部材１３の管内に挿入することで、第２管部材１３の管内で軸方向に位置決めされる。コイル１９の配置形態はこれに限らず、成形治具１７と軸方向に関して一体に位置決めされる不図示の支持機構を備える構成等、他の形態であってもよい。
　また、第１管部材１１と第２管部材１３とは、重なり部１５から軸方向に所定距離を隔てた位置に配置された不図示の支持部材によって、それぞれ同心に支持される。
＜第１管部材＞
　第１管部材１１の成形前の素管は、円管に限らず、断面が正方形又は長方形の四角管、断面が六角形の六角管、断面が八角形の八角管であってもよく、押出や板材の溶接により製造できる。第１管部材１１の断面形状が円形である場合には、第２管部材も同様に円形断面にする等、互いに相似形状にして成形することが好ましいが、相似でない異形断面同士を組み合わせてもよい。
　第１管部材１１の材質は、鋼材（普通鋼、高張力鋼）、アルミニウム合金（ＪＩＳ６０００系、７０００系等）、樹脂等、適宜選択可能である。
＜第２管部材＞
　第２管部材１３の成形前の素管は、第１管部材１１と同様であり、円管に限らず、断面が正方形又は長方形の四角管、断面が六角形の六角管、断面が八角形の八角管であってもよく、押出や板材の溶接により製造できる。また、押出材の場合は、内径側に突出するリブ等を設けてもよい。第２管部材１３の材質は、電磁拡管が可能なアルミニウム合金（ＪＩＳ６０００系、７０００系等）が好適な材料として挙げられる。第１管部材と第２管部材とは同じ材質であってもよく、互いに異なる材質であってもよい。
＜成形治具＞
　成形治具１７は、電磁成形時にコイル１９からの励起磁界により第２管部材１３にローレンツ力が発生した際の、第１管部材１１及び第２管部材１３からの押し当て力を受け止める剛性を有する。本構成の成形治具１７は板材で構成され、その材質としては、鋼（例えばＳＳ４００等）、アルミ押出材、アルミ鋳物、樹脂射出成形材等が好適な材料として挙げられる。
＜コイル＞
　コイル１９は、絶縁性樹脂に導体素線を巻き回して形成され、導体素線の周りを絶縁性樹脂で更に取り囲んだ構造を有する。コイル１９は、不図示の支持体の先端に固着される。支持体の内部には導体が配線され、コイル１９が外部の電源部に接続される。コイル１９と支持体とを有する棒状のコイルユニットは、手動又は公知のリニア移動機構等により、第２管部材１３の管内に挿入され、所望の配置位置に位置決め固定される。
＜各部の寸法＞
　第１管部材１１の外径をφＤout、内径をφｄout、第２管部材１３の外径をφＤin、内径をφｄinとし、成形治具１７の孔部１７ａの内径をφｄｐとし、コイル１９の外径をφＤｃとする。各径は、φｄｐ＞φＤout、φｄout＞φＤin、φｄin＞φＤｃの関係を有する。また、各部材はそれぞれ同心に配置され、それぞれ周方向に沿って略一定の径方向隙間を有する。
　また、コイル１９のコイル軸方向（Ｘ方向）長さをＬｃ、重なり部１５の軸方向長さをＬｋ、成形治具１７の軸方向幅（板厚）をＷとする。第１管部材１１の重なり部１５側の管端２１は、成形治具１７の孔部１７ａから軸方向外側に突出させている。管端２１が、成形治具１７の端面（開口面１７ｂ）から軸方向外側に向けた突出長さをＳとする。各寸法はＬｃ＞Ｌｋ＞Ｗ＋Ｓ＞Ｗの関係を有する。成形治具１７の軸方向幅Ｗは、第１管部材１１，第２管部材１３の径にもよるが、例えば３０～５０ｍｍ程度に設定される。また、管端２１の突出長さＳは、成形治具１７の軸方向幅Ｗが４０ｍｍの場合で、５ｍｍ程度に設定される。
　コイル１９の導体巻き回し部の軸方向長さＬｃと、成形治具１７の軸方向幅Ｗと、の比Ｌｃ／Ｗの下限値は、好ましくは１．０、より好ましくは１．２、更に好ましくは１．５である。また、比Ｌｃ／Ｗの上限値は、好ましくは３、より好ましくは２．８、更に好ましくは２．５である。これによれば、コイル１９（導体巻き回し部）が、成形治具１７の軸方向幅Ｗ以上の範囲に配置されるため、第１管部材１１と第２管部材１３の成形治具１７の両脇側で、確実に膨張部（図４の２７，２９参照）を形成できる。
　コイル１９の巻き回し部の軸方向中心位置Ｏｃと、重なり部１５の軸方向長さＬｋの中心位置と、成形治具１７の軸方向幅Ｗの中心位置とは、それぞれＸ方向に関して同じ位置に配置される。
[第１構成例]
　第１構成例の成形治具１７のように、成形治具１７が一枚の板材である場合は、電磁成形後に第１管部材１１と第２管部材１３と一体になる。
＜成形治具の形状＞
　図２は第１構成例の成形治具１７の外観斜視図である。
　本構成の成形治具１７は孔部１７ａが形成された板状部材であって、孔部１７ａの開口面１７ｂ，１７ｃに、水平断面で円弧状に窪んだ一対の凹部２３ａ，２３ｂが形成されていることが好ましい。凹部２３ａ，２３ｂは、孔部１７ａの少なくとも一部を含んで形成され、図２にはＺ方向に連続する円弧溝として示している。各凹部２３ａ，２３ｂの円弧の曲率中心は、図２に示すように孔部１７ａの中心軸と一致していてもよく、一致していなくてもよい。また、各凹部２３ａ，２３ｂが互いにＹ方向にずれて形成されていてもよい。
　成形治具１７に凹部２３ａ，２３ｂを形成した場合、孔部１７ａの内周面においては、成形治具１７の軸方向幅Ｗが、孔部１７ａの円周位置に応じて異なる幅となる。即ち、孔部１７ａのＹ方向両端の内周面における軸方向幅Ｗ１よりも、孔部１７ａのＺ方向両端の内周面における軸方向幅Ｗ２が小さい（Ｗ１＞Ｗ２）。この場合、孔部１７ａの内周面では、周方向に沿って軸方向幅がＷ１～Ｗ２の間で連続的に変化する。
＜電磁成形方法＞
　図３は図１に示す第１管部材１１と第２管部材１３の重なり部１５を電磁成形した様子を示す平面図である。
　第２管部材１３の管内にコイル１９を挿入し、コイル１９の通電により第２管部材１３を電磁拡管する。コイル１９には、不図示の電源部から、例えば１６ｋＪ程度のエネルギーが瞬間的に投入され、コイル１９に対面する第２管部材１３に渦電流が励起される。この渦電流によって第２管部材１３に径方向外側へ向かうローレンツ力が発生し、このローレンツ力によって第２管部材１３が拡管される。
　第２管部材１３が拡管すると、第２管部材１３の拡管変形に追従して第２管部材１３の外周に配置される第１管部材１１が径方向外側に向けて拡管する。第１管部材１１の外周面は、成形治具１７の孔部１７ａの内周面に当接して拡管が抑制され、第１管部材１１の両脇部では更に拡管が進む。これにより、第１管部材１１と第２管部材１３の重なり部１５には、成形治具１７の孔部１７ａを挟んだ両脇側の、コイル１９の軸方向長さＬｃと重なる領域において、径方向外側に膨出した膨張部２７，２９が形成される。
　膨張部２７，２９は、電磁成形により第１管部材１１と第２管部材１３とが同時に変形して形成され、互いの接合面が密着した状態で成形治具１７にかしめられる。これにより、第１管部材１１と、第２管部材１３と、成形治具１７とが一体にされた接合構造体が得られる。
　なお、成形治具１７が、複数の金型をボルト等の締結部材により分解可能な割り型である場合には、成形治具１７を電磁成形後に第１管部材１１と第２管部材１３から取り外しすることができる。その場合、電磁成形後に複数の金型を分解することで、第１管部材１１と第２管部材１３とが一体に接合された接合構造体が得られる。このような割り型としては、複数の金型を組み合わせた際に、第１管部材１１より大径の孔部が形成されるものであればよい。また、複数の金型同士の間には、周方向隙間が設けられていてもよい。その場合、各金型の第１管部材１１と対面する部位が、第１管部材１１よりも大径の仮想円に外接するように配置されていればよい。
　図４は電磁成形後に成形治具１７を除去した第１管部材１１と第２管部材１３との接合体を示す概略斜視図である。
　図示例のように、第１管部材１１と第２管部材１３との接合体には、膨張部２７，２９が形成され、各膨張部２７，２９の内側で第１管部材１１と第２管部材１３とがかしめ固定される。
＜電磁成形の効果＞
　次に、上記した第１管部材１１と第２管部材１３との電磁成形による効果を説明する。
　図５Ａ～図５Ｃは電磁成形によって第１管部材１１と第２管部材１３が成形治具１７の孔部１７ａの端部において、径方向外側に向けて変形する様子を段階的に示す工程説明図である。
　図５Ａに示すように、電磁成形の開始直後には、第２管部材１３に作用するローレンツ力によって、第２管部材１３が拡管して第１管部材１１の内周面に衝突し、更に第２管部材１３の拡管によって、第１管部材１１の外周面が成形治具１７の孔部１７ａの内周面に押し当てられる。
　さらに、図５Ｂに示すように、第２管部材１３は、成形治具１７に支持されない部分（（Ｂ）の右側部分）がローレンツ力によって拡管される。これに伴い、第１管部材１１の管端２１から成形治具１７までの間の突出部３１は、第２管部材１３の拡管によって、第２管部材１３に密着しながら径方向外側に押し広げられる。このとき、第１管部材１１の管端２１は、膨張部３９の最大径部よりも成形治具１７側で第２管部材１３の斜面３３の途中に位置し、斜面３３に沿って変形する。
　そして、電磁成形の完了後には、図５Ｃに示すように、第１管部材１１の突出部３１と第２管部材１３のスプリングバック量Δθ１，Δθ２は、略等しくなり、第１管部材１１と第２管部材１３との間に隙間が生じることがない。具体的には、管端２１は、突出部３１の弾性復元力によって第２管部材１３側（径方向内側）に付勢され、管端２１と斜面３３とは常に密着するようになる。
　図６は第１管部材１１の管端２１を成形治具１７の孔部１７ａから突出させない従来の第１管部材１１Ａの電磁拡管の様子を示す参考図である。
　図６に示す場合には、第２管部材１３の電磁成形後のスプリングバック量Δθが、図５Ｃに示すスプリングバック量Δθ２よりも大きい。これは、第１管部材１１Ａの突出部３１が存在しない分、第２管部材１３の曲げ剛性が小さくなり、第２管部材１３の電磁拡管時の変形量が大きくなることで、スプリングバック量Δθも大きくなるためである。
　図６に示す場合には、スプリングバック後の第１管部材１１Ａの管端２１部分で、第１管部材１１Ａと第２管部材１３との間に隙間が生じやすくなり、この隙間は、周方向にもバラつきを生じる。その結果、ガタつきや、かしめ不良の発生を招くことになる。
　一方、図５Ｃに示すように、成形治具１７の角部となる第１管部材１１の内周面と第２管部材１３の外周面との間に、スプリングバック差による隙間が生じにくく、管端２１での密着性が全周にわたって向上して、良好なかしめ接合形態となる。
　また、図２，図３に示すように、成形治具１７の孔部１７ａの周方向に沿った少なくとも一部に、成形治具１７の板厚が変化する部位を設けた場合、拡管時における第１管部材１１と成形治具１７の孔部１７ａとの当接領域は、図４にドットパターンで示す当接領域Ａとなる。この当接領域Ａは、円周方向に異なる軸方向幅（図２に示すＷ１，Ｗ２（Ｗ１＜Ｗ２）参照）を有する。したがって、当接領域Ａの幅広の部分と幅狭の部分とでは、第１管部材１１と第２管部材１３の拡径の変形パターンが異なり、周方向に沿って拡径する度合いが変化する。つまり、この場合の電磁成形では、真円のまま拡管するのではなく、楕円状等の周方向に局部的に大きく拡管する変形が生じる。図４に示す場合は、軸方向幅Ｗ１を含む周方向領域では、軸方向幅Ｗ２を含む周方向領域よりも大径に拡管する。
　このように、拡管後の第１管部材１１と第２管部材１３との重なり部１５において、周方向に拡管径が大径となる部位と小径となる部位が混在すると、この大径と小径になった部材がアンカーとなって、第１管部材１１と第２管部材１３との間の、周方向の耐荷重性を向上させる。よって、この電磁成形によれば、かしめ接合形態を良好に保ちつつ、ねじり強度も向上できる。
　図７はコイルへの入力エネルギーと、電磁成形により得られた接合構造体の強度との関係を、電磁拡管時の成形治具の軸方向幅Ｗ毎に示したグラフである。
　図７によると、成形治具の軸方向幅Ｗが４０ｍｍの場合、最大引張強度が９ｋＮ程度であるが、軸方向幅Ｗを３０ｍｍ、２０ｍｍと狭くするほど、最大引張強度が向上する。特に、軸方向幅Ｗを４０ｍｍから３０ｍｍに変更した際に顕著な強度向上が認められた。
[第２構成例]
　図８は第２構成例の成形治具１７Ａの概略断面図である。
　第２構成例の成形治具１７Ａは、第１管部材１１の径方向外側に配置される複数（本構成では４つ）の押し当て部５１と、複数の押し当て部５１を第１管部材１１の径方向に移動自在に支持するブロック支持体５３と、を備える割り型構造の治具である。
　ブロック支持体５３は、不図示のベースに固定される基台部５５と、基台部５５と一体に形成された下側支持部５７と、下側支持部５７に不図示のボルト等の締結部材によって固定される上側支持部５９とを有する。ブロック支持体５３には、下側支持部５７に上側支持部５９を固定した際に、下側支持部５７の凹部５７ａと上側支持部５９の凹部５９ａによって孔部５３ａが形成される。第１管部材１１及び第２管部材１３は、この孔部５３ａの径方向内側に配置され、不図示の管部材支持機構によって互いに同心となるように、径方向位置が調整される。
　押し当て部５１は、支持軸６１と、接触ブロック６３とを備える。支持軸６１は、下側支持部５７と上側支持部５９に、それぞれ孔部５３ａの径方向に沿って移動自在に支持される。接触ブロック６３の径方向内側には、第１管部材１１の外周面に対峙する当接面６３ａを有する。当接面６３ａは、軸方向（第１管部材１１の軸方向）の垂直断面が第１管部材１１の外周面に沿った円弧状に形成されることが好ましいが、平面や他の曲率の曲面であってもよい。
　下側支持部５７及び上側支持部５９の接触ブロック６３の両脇側には、それぞれ一対のピン穴６５，６７が形成される。各ピン穴６５，６７には、ピン６９が挿入される。ピン６９は、接触ブロック６３の径方向移動をガイドする。
　支持軸６１は、不図示の押し込み機構に接続され、押し込み機構の駆動によって径方向への進退動作が可能になっている。この押し込み機構としては、油圧シリンダ、ねじ等を用いた機械式の加圧機構等、適宜のものを使用できる。押し込み機構は、接触ブロック６３を径方向に駆動して、接触ブロック６３の当接面６３ａが第１管部材１１の外周面と同芯になるように配置させる。
　図８には、押し当て部５１が、第１管部材１１の中心軸Ｏを中心として、円周方向に９０°間隔で配置されているが、これに限らない。例えば、押し当て部５１を円周方向に１２０°間隔で配置した構成、１８０°間隔で配置した構成等、他の構成であってもよい。
＜電磁成形方法＞
　上記構成の成形治具１７Ａを用いて電磁成形を実施する場合、前述した第１構成例と同様に、第２管部材１３の管内にコイル１９（図１参照）を挿入し、コイル１９の通電により第２管部材１３を電磁拡管する。第２管部材１３が拡管されると、第２管部材１３の拡管変形に追従して第１管部材１１が径方向外側に向けて拡径される。これにより、第１管部材１１と第２管部材１３とが共に径方向外側に膨出した膨張部が形成される。
　そして、成形治具１７Ａの場合、接触ブロック６３同士の間で、周方向に隙間が形成されるため、この隙間に第１管部材１１及び第２管部材１３が径方向外側に突出した膨張部が形成される。これにより、管部材同士のねじり強度を向上できる。
　第２構成例の成形治具１７Ａを用いて第１管部材と第２管部材とを電磁成形した結果を以下に説明する。
　図９は図８に示す接触ブロック６３、第１管部材１１、第２管部材１３の配置位置を模式的に示す説明図である。
　ここで、接触ブロック６３の当接面６３ａと第１管部材１１の外周面との間の径方向距離をＬ１とし、第１管部材１１の内周面と第２管部材１３の外周面との間の径方向距離をＬ２とする。
　径方向距離Ｌ１，Ｌ２と、電磁拡管する際の入力エネルギーを変更した実験例１～６の成形条件を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　使用した第１管部材、第２管部材の諸元は次のとおりである。
・第１管部材
　　材質：Ａ６０６３－Ｔ５
　　形状：円管パイプ状
　　厚さ：２．０　[ｍｍ]
・第２管部材
　　材質：Ａ６０６３－Ｔ５
　　形状：円管パイプ状
　　厚さ：２．０　[ｍｍ]
　表１に示すように、実験例１では、電磁成形前の径方向距離Ｌ１を１．０[ｍｍ]、径方向距離Ｌ２を１．５[ｍｍ]とし、入力エネルギーを１２．８[ｋＪ]、１４．５[ｋＪ]、１６．２[ｋＪ]の３種類として、それぞれ電磁成形を実施した。これにより、第１管部材と第２管部材に膨張部を形成した接合体を得た。なお、接触ブロックの第１管部材と当接する当接面の軸方向幅Ｗは３０[ｍｍ]とした。同様に、実験例２～６の各条件でも電磁成形を実施して膨張部を有する接合体を得た。
　ここで、実験例１～４では、電磁成形前に接触ブロックと第１管部材との間に隙間を設けている。実験例５では、電磁成形前に接触ブロックによって第１管部材を径方向内側へ変形させており、接触ブロックと第１管部材との当接位置において、第１管部材と第２管部材との間の隙間を無くしている。また、実験例６では、電磁成形前に接触ブロックによって第１管部材及び第２管部材を共に、径方向内側へ変形させている。
　次に、第１管部材と第２管部材とに膨張部を形成した接合体を、軸方向に引張る引張試験を実施し、得られる応力－ひずみ線図から引張ピーク荷重を求めた。その結果を図１０と表１に示す。
　実験例１～４の引張ピーク荷重は、最大でも実験例３の２４．７８０[ｋＪ]であったが、実験例５，６では、いずれも２７[ｋＪ]を超える引張ピーク荷重が得られた。特に、第１管部材と第２管部材との間の径方向距離Ｌ２を小さくすることで、顕著な引張ピーク荷重の増加が認められた。
　このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　第１管部材と該第１管部材よりも小径の第２管部材を準備する工程と、
　前記第１管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
　前記第１管部材の管内に前記第２管部材を挿入して、前記第１管部材と前記第２管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第１管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
　軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第２管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
　前記コイルに通電して前記第２管部材を電磁拡管させ、前記第１管部材と前記第２管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第１管部材の管端を前記第２管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、を備える管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁成形により第２管部材を電磁拡管し、第１管部材を拡径させた際に、第１管部材の管端が第２管部材の膨張部の斜面に沿って形成される。これにより、第１管部材と第２管部材との間に隙間が生じず、ガタつきやかしめ不良の発生を防止でき、管部材同士の接合強度が向上する。
（２）　前記孔部の周方向に沿った少なくとも一部に、前記孔部の内周面における軸方向幅が変化する部位を設ける（１）に記載の管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁拡管した拡管部は、周方向に拡管径が大径となる部位と小径となる部位が混在し、第１管部材と第２管部材との間で周方向の耐荷重性を高められる。これにより、管部材同士のねじり強度が向上する。
（３）　前記成形治具は、前記第１管部材よりも大径の仮想円に外接する複数の押し当て部を有し、前記複数の押し当て部を、前記仮想円の周方向に沿って互いに離間して配置する（１）に記載の管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、第２管部材の電磁拡管時に、周方向に隙間を有する分割ブロックに第１管部材が押し当てられる。すると、第１管部材の分割ブロックと当接する位置では、当接後の拡管が抑制され、第１部材の分割ブロックに当接しない位置では、分割ブロックの内周面よりも径方向外側に向けて拡管される。よって、第１管部材と第２管部材には、周方向に沿って、拡管量が小さい部位（分割ブロック配置位置）と拡管量が大きい部位（分割ブロック非配置位置）とが交互に形成される。これにより、第１管部材と第２管部材との間で周方向の耐荷重性が高められる。これにより、管部材同士のねじり強度が向上する。
（４）前記コイルの通電前に、前記成形治具に支持された前記押し当て部を径方向内側に押し込み、前記第１管部材を径方向内側に変形させる（３）に記載の管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、電磁成形前に第１管部材を径方向内側に変形させることで、第１管部材と第２管部材と間の距離が短くなり、第２管部材の電磁拡管による第１管部材の変形代が増加して、双方の接合強度が更に向上する。
（５）　前記コイルの通電前に、前記押し当て部を、前記第２管部材が径方向内側に変形するまで更に押し込む（４）に記載の管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、第２管部材の電磁拡管による拡管力が第１管部材に直接伝播されるため、第１管部材と第２管部材の膨出量が増大し、双方の接合強度が更に向上する。
（６）　前記コイルの前記導体巻き回し部の軸方向長さＬｃと、前記孔部の内周面における軸方向幅Ｗとの比Ｌｃ／Ｗを１～３にする（１）に記載の管部材のかしめ接合方法。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、コイルが、成形治具の軸方向幅以上の範囲に配置されるため、第１管部材と第２管部材の成形治具の両脇側で、確実に膨張部を形成できる。
　また、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の管部材のかしめ接合方法は、前記第１管部材と前記第２管部材の少なくとも一方は、Ｔ１調質されたアルミニウム合金であることを特徴とする。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、管部材の高温加工から冷却後、自然時効させることで、強度を向上できる。
　また、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の管部材のかしめ接合方法は、前記第１管部材と前記第２管部材は、熱処理型のアルミニウム合金であり、前記電磁拡管後にＴ５調質を行うことを特徴とする。
　この管部材のかしめ接合方法によれば、溶体化処理後に自然時効させることで、残留応力が低減され、接合強度が向上した管部材が得られる。
　なお、本出願は、２０１８年８月８日出願の日本特許出願（特願２０１８－１４９４９７）、及び２０１９年３月２９日出願の日本特許出願（特願２０１９－６５５６２）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１１　第１管部材
　１３　第２管部材
　１５　重なり部
　１７，１７Ａ　成形治具
　１７ａ　孔部
　１７ｂ，１７ｃ　開口面
　１９　コイル
　２１　管端
　２３ａ，２３ｂ　凹部
　２７　膨張部
　２９　膨張部
　３１　突出部
　３３　斜面
　５１　押し当て部
　５３　ブロック支持体
　５３ａ　孔部

Claims (6)

  1. 　第１管部材と該第１管部材よりも小径の第２管部材を準備する工程と、
    　前記第１管部材よりも大径の孔部が形成された成形治具を準備する工程と、
    　前記第１管部材の管内に前記第２管部材を挿入して、前記第１管部材と前記第２管部材との重なり部を形成し、前記成形治具の前記孔部の径方向内側に前記重なり部を配置して、前記第１管部材の前記重なり部側の管端を前記孔部から軸方向外側に突出させる工程と、
    　軸方向長さが前記重なり部よりも長い導体巻き回し部を有するコイルを、前記第２管部材の管内における前記重なり部の軸方向位置に挿入する工程と、
    　前記コイルに通電して前記第２管部材を電磁拡管させ、前記第１管部材と前記第２管部材を同時に拡径させた膨張部を形成し、且つ前記膨張部の最大径部よりも前記成形治具側で、前記第１管部材の管端を前記第２管部材の斜面に沿って拡径させる工程と、を備える管部材のかしめ接合方法。
  2. 　前記孔部の周方向に沿った少なくとも一部に、前記孔部の内周面における軸方向幅が変化する部位を設ける請求項１に記載の管部材のかしめ接合方法。
  3. 　前記成形治具は、前記第１管部材よりも大径の仮想円に外接する複数の押し当て部を有し、前記複数の押し当て部を、前記仮想円の周方向に沿って互いに離間して配置する請求項１に記載の管部材のかしめ接合方法。
  4. 　前記コイルの通電前に、前記成形治具に支持された前記押し当て部を径方向内側に押し込み、前記第１管部材を径方向内側に変形させる請求項３に記載の管部材のかしめ接合方法。
  5. 　前記コイルの通電前に、前記押し当て部を、前記第２管部材が径方向内側に変形するまで更に押し込む請求項４に記載の管部材のかしめ接合方法。
  6. 　前記コイルの前記導体巻き回し部の軸方向長さＬｃと、前記孔部の内周面における軸方向幅Ｗとの比Ｌｃ／Ｗを１～３にする請求項１に記載の管部材のかしめ接合方法。
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