WO2020137387A1

WO2020137387A1 - 要素継手およびその製造方法

Info

Publication number: WO2020137387A1
Application number: PCT/JP2019/047352
Authority: WO
Inventors: 康裕前田; 徹橋村; 大貴山川
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-07-02
Also published as: US20210356058A1; JP2020106111A; CN113226588A; EP3903956A4; JP7059176B2; CN113226588B; EP3903956A1

Abstract

要素継手１０は、長尺パイプ１１と、長尺パイプ１１の強度以上の強度を有する材質で形成された短尺パイプ１２と、短尺パイプ１２の強度以上の強度を有する材質で形成された板材１３とが接合されたものである。要素継手１０は、長尺パイプ１１および短尺パイプ１２の少なくとも一方の部材が管状部を有し、一方の管状部が拡管されて他方の部材にかしめ接合されている。短尺パイプ１２および板材１３が互いに溶接されている。

Description

要素継手およびその製造方法

　本発明は、要素継手およびその製造方法に関する。

　自動車の軽量化や安全性向上のために、ハイテンション鋼と呼ばれる高強度の鋼板が使用されている。ハイテンション鋼は軽量化や安全性向上に有効であるが、アルミなどの低比重材料と比較すると重い。また、ハイテンション鋼を使用すると、高強度ゆえに、成形性の低下、成形荷重の上昇、および寸法精度の低下などの問題が生じる。これらの問題を解決するために、近年、鋼よりも低比重のアルミを用いた押し出し成形品、鋳造品、またはプレス成形品を、鋼製部品と合わせて活用するマルチマテリアル化が行われている。

　マルチマテリアル化で問題となるのは鋼製部品とアルミ製部品のような異種金属の接合である。一般に、このように性質の異なる異種金属を接合することは困難であるが、例えば、特許文献１および特許文献２では、弾性体を利用することによりマルチマテリアル化における異種金属の接合を可能にする部材の接合方法が開示されている。詳細には、特許文献１および特許文献２の部材の接合方法では、壁面体（板部材）の孔部に管体を挿入し、管体（管部材）の内側に弾性体（ウレタンゴム部材）を挿入し、弾性体を加圧することで変形させ、それによって管体を拡管し、壁面体と管体とをかしめ接合している。

特開昭５１－１３３１７０号公報特開平９－１９２７６０号公報

　特許文献１および特許文献２に開示された接合方法では、性質の異なる金属部材を接合する際に、金属部材の強度が問題となることが考えられる。具体的には、低強度部材を拡管して高強度部材にかしめ接合する場合には低強度部材が高強度部材に食い込んで損傷するおそれがある。また、高強度部材を拡管して低強度部材にかしめ接合する場合には成形性の観点から高強度部材の拡管が困難である。さらには、高強度部材を変形させるほどの加工力を付加すると低強度部材の形状が維持されず、製品形状を保つことが困難である。従って、いずれの場合においても接合精度について改善の余地がある。

　本発明は、要素継手およびその製造方法において、強度の異なる部材を高精度に接合することを課題とする。

　本発明の第１の態様は、第１部材と、前記第１部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第２部材と、前記第２部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第３部材とが接合された要素継手であって、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方の部材が管状部を有し、前記一方の前記管状部が拡管されて他方の部材にかしめ接合されており、前記第２部材および前記第３部材が機械的接合法または冶金的接合法によって互いに接合されている、要素継手を提供する。

　この構成によれば、相対的に低強度の材質で形成された第１部材と、相対的に高強度の材質で形成された第３部材とを接合する際に、強度が中間の材質で形成された第２部材を使用する。ここで、強度とは、機械的強度のことをいい、例えば引張強度や降伏応力のことをいう。第２部材を介して第１部材と第３部材とを接合するため、強度の異なる第１部材と第３部材とを直接接合せず、マルチマテリアル化が可能であるとともに高精度の接合を実現した要素継手を提供できる。具体的には、強度が比較的低い第１部材と第２部材とが変形を伴うかしめ接合によって接合され、強度が比較的高い第２部材と第３部材とが変形を伴わない機械的接合法または冶金的接合法によって接合される。ここで、機械的接合法は、リベット接合およびボルト接合などを含み、かしめ接合を除く広義の接合方法である。また、冶金的接合法は、溶接および蝋付け接合などを含む広義の接合方法である。特に、高強度の第３部材と低強度の第１部材とを直接かしめ接合する必要がないため、第１部材に第３部材が食い込むことがなく、第１部材の損傷を防止できる。また、第３部材をかしめ接合する必要がないため、変形困難な高強度の第３部材を変形させる必要もない。従って、高強度の第３部材を変形させるほどの加工力を付加する必要もないため、低強度の第１部材の形状も維持され、製品形状を保つことができる。

　このような要素継手の具体的な６つの構成例を以下の（１）～（６）に示す。

　（１）前記第１部材および前記第２部材はともに管状であり、前記第３部材は、孔部を有する板状であり、前記第１部材は、前記第２部材に挿入されており、拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、前記第２部材は、前記第３部材の前記孔部に挿入されており、前記第３部材の前記孔部と機械的接合法または冶金的接合法によって接合されてもよい。

　（２）前記第１部材は、管状であり、前記第２部材は、管状部と、前記管状部から径方向外側へ延びるフランジ部とを有し、前記第３部材は、前記フランジ部と対向する平坦部を有し、前記第１部材は、前記第２部材の前記管状部に挿入されており、前記管状部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、前記第２部材の前記フランジ部と前記第３部材の前記平坦部とが機械的接合法または冶金的接合法によって接合されてもよい。

　（３）前記第１部材は、管状であり、前記第２部材は、管状部と、前記管状部から径方向外側へ延びるフランジ部とを有し、前記第３部材は、前記フランジ部と対向する平坦部を有し、前記第１部材は、前記第２部材の前記管状部に挿入されており、前記管状部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、前記第２部材の前記フランジ部と前記第３部材の前記平坦部とが機械的接合法または冶金的接合法によって接合されてもよい。

　（４）前記第３部材は、管状であり、前記第２部材は、管状部と、前記管状部から径方向外側へ延びるフランジ部とを有し、前記第１部材は、前記フランジ部と対向する平坦部を有し、前記第３部材は、前記第２部材の前記管状部に挿入されており、前記管状部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、前記第２部材の前記フランジ部と前記第１部材の前記平坦部とが機械的接合法または冶金的接合法によって接合されてもよい。

　（５）前記第１部材は、板状の対向する一対の側壁を有し、前記一対の側壁にはそれぞれ孔部が設けられており、前記第２部材および前記第３部材は、ともに管状であり、前記第２部材は、前記第１部材の前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に挿入されており、それぞれの前記孔部に対して拡管されて前記第１部材にかしめ接合されており、前記第３部材は、前記第２部材に挿入されており、前記第２部材の端部と機械的接合法または冶金的接合法によって接合されてもよい。

　（６）前記第１部材および前記第２部材は、ともに管状であり、前記第３部材は、対向する一対の側壁を有し、前記一対の側壁にはそれぞれ孔部が設けられており、前記第２部材は、前記第３部材の前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に挿入されており、それぞれの前記孔部にて前記第３部材と機械的接合法または冶金的接合法によって接合され、前記第１部材は、前記第２部材に挿入されており、前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されてもよい。

　また、前記第１部材は、バンパーステイであり、前記第３部材は、バンパービームであってもよい。

　この構成によれば、高精度に接合された要素継手を用いた車両用構造部材としてのバンパーシステムを提供できる。

　前記第１部材は、引張強度が４００ＭＰａ以下の材質で形成されており、前記第２部材は、引張強度が４００～１０００ＭＰａの材質で形成されており、前記第３部材は、引張強度が１０００ＭＰａ以上の材質で形成されていてもよい。

　この構成によれば、第１部材と第３部材とが引張強度で少なくとも６００ＭＰａ以上の強度差を有する。従って、このように大きな強度差を有する第１部材と第３部材とに対して第２部材を有効に使用して高精度の接合を実現できる。

　本発明の第２の態様は、第１部材と、前記第１部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第２部材と、前記第２部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第３部材とが接合された要素継手を製造する方法であって、少なくとも一方が管状部を有する前記第１部材および前記第２部材と、前記第３部材とを準備し、前記管状部を拡管して他方の部材にかしめ接合し、前記第２部材と前記第３部材とを機械的接合法または冶金的接合法によって接合することを含む、要素継手の製造方法を提供する。

　この方法によれば、前述のようにして強度の異なる第１部材と第２部材と第３部材とを高精度に接合した要素継手を製造できる。

　前記かしめ接合では、前記管状部に弾性体を挿入し、前記弾性体を前記管状部の長手方向に圧縮して前記管状部の径方向外側へ膨張させ、それによって前記管状部を径方向外側へ拡管して他方の部材にかしめ接合してもよい。

　この方法によれば、いわゆるゴムバルジ加工によって簡易に高精度のかしめ接合を実現できる。

　本発明によれば、要素継手およびその製造方法において、強度の異なる第１部材と第３部材とを、強度が中間の第２部材を使用することによって高精度に接合できる。

第１実施形態に係る要素継手の斜視図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第１工程を示す断面図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第２工程を示す断面図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第３工程を示す断面図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第４工程を示す断面図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第５工程を示す断面図。第１実施形態に係る要素継手の製造方法の第６工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第１工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第２工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第３工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第４工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第５工程を示す断面図。第２実施形態に係る要素継手の製造方法の第６工程を示す断面図。第３実施形態に係る要素継手の断面図。第４実施形態に係る要素継手の断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第１工程を示す断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第２工程を示す断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第３工程を示す断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第４工程を示す断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第５工程を示す断面図。第５実施形態に係る要素継手の製造方法の第６工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第１工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第２工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第３工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第４工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第５工程を示す断面図。第６実施形態に係る要素継手の製造方法の第６工程を示す断面図。バンパーシステムの斜視図。バンパーシステムの断面図。バンパーシステムの変形例の断面図。

　以下、本発明の各実施形態に係る要素継手およびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

　要素継手は、自動車をはじめとする様々な構造体において、構造部材の継手として使用されるものである。そのため、要素継手には、信頼性が求められる。要素継手の信頼性は、接合される部材の材料特性の影響を大きく受け、特に接合される部材の材料強度を考慮する必要がある。以下の各実施形態では材料強度に応じて様々な接合態様を説明するが、各実施形態は本発明の一例を示すものに過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

（第１実施形態）
　図１を参照して、本実施形態の要素継手１０は、強度が最も低い材質で形成された長尺パイプ（第１部材）１１と、強度が中間の材質で形成された短尺パイプ（第２部材）１２と、強度が最も高い材質で形成された板材（第３部材）１３とを接合したものである。

　強度とは、機械的強度のことをいい、例えば引張強度や降伏応力のことをいう。以降、引張強度を例に説明する。また、強度が中間とは、長尺パイプ（第１部材）１１の強度以上かつ板材（第３部材）１３の強度以下の強度のことをいう。即ち、短尺パイプ（第２部材）１２は、長尺パイプ（第１部材）１１または板材（第３部材）３３と同材質であり得る。これらは以降の実施形態でも同様である。

　長尺パイプ１１は、短尺パイプ１２に比べて細く長尺な円管状である。即ち、長尺パイプ１１の全体が管状部となっている。長尺パイプ１１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　短尺パイプ１２は、長尺パイプ１１を挿入できる程度に大径で短尺な円管状である。即ち、短尺パイプ１２の全体が管状部となっている。短尺パイプ１２は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　板材１３は、短尺パイプ１２を挿入できる大きさの孔部１３ａを有する。板材１３は、例えば超ハイテンション鋼からなる。超ハイテンション鋼の引張強度は、１０００～１７００ＭＰａの程度である。板材１３は、例えば超ハイテンション鋼からなる。超ハイテンション鋼の引張強度は、１０００～１７００ＭＰａの程度である。

　本実施形態の要素継手１０では、長尺パイプ１１が短尺パイプ１２に挿入され、長尺パイプ１１が拡管されて短尺パイプ１２にかしめ接合されている。また、短尺パイプ１２は、板材１３の孔部１３ａに挿入されており、板材１３の孔部１３ａと機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている。機械的接合法は、リベット接合およびボルト接合などを含み、かしめ接合を除く広義の接合方法である。冶金的接合法は、溶接および蝋付け接合などを含む広義の接合方法である。本実施形態では、短尺パイプ１２が、板材１３の孔部１３ａに対して溶接されている（符号Ｗ参照）。溶接は、孔部１３ａの縁に沿って周状になされている。

　図２Ａ～２Ｆを参照して、上記要素継手１０の製造方法について説明する。

　図２Ａを参照して、短尺パイプ１２に長尺パイプ１１を挿入する。

　図２Ｂを参照して、長尺パイプ１１に円柱状のゴム部材（弾性体）１４を挿入する。ゴム部材１４の材質としては、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ＣＮＲゴム（クロロプレンゴム＋ニトリルゴム）、またはシリコンゴムのいずれかを用いることが好ましい。また、ゴム部材１４の硬度はショアＡで３０以上であることが好ましい。

　図２Ａに示す工程と、図２Ｂに示す工程とは、いずれが先に実行されてもよい。

　図２Ｃを参照して、ゴム部材１４を長尺パイプ１１の長手方向に圧縮して長尺パイプ１１の径方向外側へ膨張させ、それによって長尺パイプ１１を径方向外側へ拡管して短尺パイプ１２にかしめ接合する。

　図２Ｄを参照して、ゴム部材１４への圧縮荷重を除去すると、ゴム部材１４が自然状態（元の円柱状）に復元する。このとき、長尺パイプ１１は、塑性変形しており、形状が維持される。従って、容易にゴム部材１４を長尺パイプ１１から取り除くことができる。なお、本実施形態では、短尺パイプ１２も長尺パイプ１１と同様に塑性変形している。

　図２Ｅを参照して、かしめ接合された長尺パイプ１１と短尺パイプ１２とを合わせて板材１３の孔部１３ａに挿入する。このとき、長尺パイプ１１および短尺パイプ１２の拡管部が孔部１３ａに位置するように配置する。好ましくは、平面視において、短尺パイプ１２の拡管部が板材１３の孔部１３ａと当接する。即ち、板材１３の孔部１３ａに対して短尺パイプ１２が後に溶接し易いように隙間なく配置される。

　図２Ｆを参照して、短尺パイプ１２と、板材１３とを溶接する。溶接は、板材１３の孔部１３ａに沿って周状に行われる（符号Ｗ参照）。ただし、必ずしも周状に溶接する必要はなく、任意の部分が溶接されてよい。溶接の態様には、レーザ、アーク、またはスポットなどの様々な種類が採用される。また、溶接に代えて、蝋付け、リベット接合、またはボルト接合が採用されてもよい。リベット接合では、ＳＰＲ（セルフピアスリベット）やブラインドリベットが採用され得る。また、ＦＤＳ（フロードリルスクリュ）が採用されてもよい。

　このようにして、本実施形態の要素継手１０が図２Ｆに示すように製造される。

　本実施形態によれば、相対的に低強度の材質の長尺パイプ１１と、相対的に高強度の材質の板材１３とを接合する際に、強度が中間の材質で形成された短尺パイプ１２を使用する。また、強度が中間の材質とは、強度が最も低い材質と同じ材質または強度が最も高い材質と同じ材質のものも含む。短尺パイプ１２を介して長尺パイプ１１と板材１３とを接合するため、強度の異なる長尺パイプ１１と短尺パイプ１２とを直接接合せず、マルチマテリアル化が可能であるとともに高精度の接合を実現した要素継手を提供できる。具体的には、強度が比較的低い長尺パイプ１１と短尺パイプ１２とが変形を伴うかしめ接合によって接合され、強度が比較的高い短尺パイプ１２と板材１３とが大きな変形を伴わない溶接によって接合される。特に、高強度の板材１３と低強度の長尺パイプ１１とを直接かしめ接合する必要がないため、長尺パイプ１１に板材１３が食い込むことがなく、長尺パイプ１１の損傷を防止できる。また、板材１３をかしめ接合する必要がないため、変形困難な高強度の板材１３を変形させる必要もない。従って、高強度の板材１３を変形させるほどの加工力を付加する必要もないため、低強度の長尺パイプ１１の形状も維持され、製品形状を保つことができる。

　また、長尺パイプ１１と板材１３とが引張強度で少なくとも６００ＭＰａ以上の強度差を有する。従って、このように大きな強度差を有する長尺パイプ１１と板材１３とに対して短尺パイプ１２を有効に使用して高精度の接合を実現できる。

　本実施形態では、長尺パイプ１１および短尺パイプ１２がともに円管状である場合を例に説明しているが、長尺パイプ１１および短尺パイプ１２の形状は特に限定されない。例えば、長尺パイプ１１および短尺パイプ１２の断面形状は、円形以外に任意の多角形等であり得る。また、かしめ接合のための拡管方法としてゴム部材１４を利用したいわゆるゴムバルジ加工を採用しているが、これ以外にも電磁成形加工またはハイドロフォーミング加工等が採用されてもよい。これらは、以降の各実施形態でも同様である。

（第２実施形態）
　図３Ａ～３Ｆは、第１実施形態の図２Ａ～２Ｆに対応して、本実施形態の要素継手１０の製造方法を示している。本実施形態では、第１実施形態と実質的に同じ部分については説明を省略する場合がある。

　本実施形態の要素継手２０は、強度が最も低い材質で形成されたパイプ（第１部材）２１と、強度が中間の材質で形成された台座（第２部材）２２と、強度が最も高い材質で形成された板材（第３部材）２３とを接合したものである。

　パイプ２１は、台座２２の管状部２２ａに比べて細く長尺な円管状である。パイプ２１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　台座２２は、パイプ２１を挿入できる程度に大径で短尺な円管状の管状部２２ａと、管状部２２ａから径方向外側へ延びるフランジ部２２ｂとを有している。台座２２は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　板材２３は、第１実施形態と異なり孔部１３ａ（図２Ｆ参照）を有しておらず、フランジ部２２ｂと対向する平坦部２３ａを有している。板材２３は、例えば超ハイテンション鋼からなる。超ハイテンション鋼の引張強度は、１０００～１７００ＭＰａの程度である。

　図３Ｆを参照して、本実施形態の要素継手２０では、パイプ２１が台座２２の管状部２２ａに挿入され、パイプ２１が拡管されて台座２２の管状部２２ａにかしめ接合されている。また、台座２２のフランジ部２２ｂは、板材２３の平坦部２３ａと重ねて配置され、板材２３の平坦部２３ａと溶接されている（符号Ｗ参照）。なお、第１実施形態と同様に溶接以外の冶金的接合法ないし機械的接合法が採用されてもよい。

　図３Ａ～３Ｆを参照して、上記要素継手２０の製造方法について説明する。

　図３Ａを参照して、台座２２の管状部２２ａにパイプ２１を挿入する。

　図３Ｂを参照して、パイプ２１に円柱状のゴム部材（弾性体）２４を挿入する。

　図３Ａに示す工程と、図３Ｂに示す工程とは、いずれが先に実行されてもよい。

　図３Ｃを参照して、ゴム部材２４をパイプ２１の長手方向に圧縮してパイプ２１の径方向外側へ膨張させ、それによってパイプ２１を径方向外側へ拡管して台座２２の管状部２２ａにかしめ接合する。

　図３Ｄを参照して、ゴム部材２４への圧縮荷重を除去すると、ゴム部材２４が自然状態（元の円柱状）に復元する。このとき、パイプ２１は、塑性変形しており、形状が維持される。従って、容易にゴム部材２４をパイプ２１から取り除くことができる。なお、本実施形態では、台座２２の管状部２２ａも長尺パイプ２１と同様に塑性変形している。

　図３Ｅを参照して、台座２２のフランジ部２２ｂを板材２３の平坦部２３ａに重ねて配置する。フランジ部２２ｂと平坦部２３ａは、互いに平行な平坦面を有し、当該平坦面で当接する。

　図３Ｆを参照して、台座２２のフランジ部２２ｂと、板材２３の平坦部２３ａとを溶接する。溶接は、板材２３のフランジ部２２ｂの縁に沿って周状に行われる（符号Ｗ参照）。

　このようにして、本実施形態の要素継手２０が図３Ｆに示すように製造される。

　本実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
　図４は、第１実施形態の図２Ｆに対応して、本実施形態の要素継手３０を示している。本実施形態では、第１実施形態と実質的に同じ部分については説明を省略する場合がある。

　本実施形態の要素継手３０は、強度が最も低い材質で形成された板材（第１部材）３１と、強度が中間の材質で形成された短尺パイプ（第２部材）３２と、強度が最も高い材質で形成された長尺パイプ（第３部材）３３とを接合したものである。

　板材３１は、短尺パイプ３２を挿入できる大きさの孔部３１ａを有する。板材３１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　短尺パイプ３２は、長尺パイプ３３を挿入できる程度に大径で短尺な円管状である。即ち、短尺パイプ３２の全体が管状部となっている。短尺パイプ３２は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　長尺パイプ３３は、短尺パイプ３２に比べて細く長尺な円管状である。即ち、長尺パイプ３３の全体が管状部となっている。長尺パイプ３３は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　本実施形態の要素継手３０では、長尺パイプ３３が短尺パイプ３２に挿入され、長尺パイプ３３が拡管されて短尺パイプ３２にかしめ接合されている。また、短尺パイプ３２は、板材３１の孔部３１ａに挿入されており、板材３１の孔部３１ａと溶接されている（符号Ｗ参照）。なお、第１実施形態と同様に溶接以外の冶金的接合法ないし機械的接合法が採用されてもよい。

　本実施形態の要素継手３０の製造方法は、第１実施形態と実質的に同じである。また、本実施形態の作用効果も、第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
　図５は、第２実施形態の図３Ｆに対応して、本実施形態の要素継手４０を示している。本実施形態では、第２実施形態と実質的に同じ部分については説明を省略する場合がある。

　本実施形態の要素継手４０は、強度が最も低い材質で形成された板材（第１部材）４１と、強度が中間の材質で形成された台座（第２部材）４２と、強度が最も高い材質で形成されたパイプ（第３部材）４３とを接合したものである。

　板材４１は、フランジ部４２ｂと対向する平坦部４１ａを有している。板材４１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　台座４２は、パイプ４３を挿入できる程度に大径で短尺な円管状の管状部４２ａと、管状部４２ａから径方向外側へ延びるフランジ部４２ｂとを有している。台座４２は、例えばアルミニウム合金からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　パイプ４３は、台座４２の管状部４２ａに比べて細く長尺な円管状である。パイプ４３は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　板材４１は、フランジ部４２ｂと対向する平坦部４１ａを有している。板材４１は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　本実施形態の要素継手４０では、パイプ４３が台座４２の管状部４２ｂに挿入され、パイプ４３が拡管されて台座４２の管状部４２ｂにかしめ接合されている。また、台座４２のフランジ部４２ｂは、板材４１の平坦部４１ａに重ねて配置され、板材４１の平坦部４１ａと溶接されている（符号Ｗ参照）。なお、第１実施形態と同様に溶接以外の冶金的接合法ないし機械的接合法が採用されてもよい。

　本実施形態の要素継手４０の製造方法は、第２実施形態と実質的に同じである。また、本実施形態の作用効果も、第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
　図６Ａ～６Ｆは、第１実施形態の図２Ａ～２Ｆに対応して、本実施形態の要素継手５０の製造方法を示している。本実施形態では、第１実施形態と実質的に同じ部分については説明を省略する場合がある。

　図６Ｆを参照して、本実施形態の要素継手５０は、強度が最も低い材質で形成された箱体（第１部材）５１と、強度が中間の材質で形成された短尺パイプ（第２部材）５２と、強度が最も高い材質で形成された長尺パイプ（第３部材）５３とを接合したものである。

　箱体５１は、板状の対向する二対の側壁（５１ａ，５１ｂ），（５１ｃ，５１ｄ）を有する。そのうちの一対の側壁５１ａ，５１ｂにはそれぞれ孔部５１ｅ，５１ｆが設けられている。箱体５１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　短尺パイプ５２は、長尺パイプ５３を挿入できる程度に大径で短尺な円管状である。即ち、短尺パイプ５２の全体が管状部となっている。短尺パイプ５２は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　長尺パイプ５３は、短尺パイプ５２に比べて細く長尺な円管状である。即ち、長尺パイプ５３の全体が管状部となっている。長尺パイプ５３は、例えば超ハイテンション鋼からなる。超ハイテンション鋼の引張強度は、１０００～１７００ＭＰａ以下の程度である。

　本実施形態の要素継手５０では、短尺パイプ５２は、箱体５１の一対の側壁５１ａ，５１ｂのそれぞれの孔部５１ｅ，５１ｆに挿入されており、それぞれの孔部５１ｅ，５１ｆに対して拡管されて箱体５１にかしめ接合されている。また、長尺パイプ５３は、短尺パイプ５２に挿入されており、短尺パイプ５２の端部と溶接されている。溶接は短尺パイプ５２の端部の縁に沿って周状になされている（符号Ｗ参照）。なお、第１実施形態と同様に溶接以外の冶金的接合法ないし機械的接合法が採用されてもよい。

　図６Ａ～６Ｆを参照して、上記要素継手５０の製造方法について説明する。

　図６Ａを参照して、箱体５１の一対の側壁５１ａ，５１ｂのそれぞれの孔部５１ｅ，５１ｆに短尺パイプ５２を挿入する。

　図６Ｂを参照して、長尺パイプ５３に円柱状のゴム部材（弾性体）５４を挿入する。

　図６Ａに示す工程と、図６Ｂに示す工程とは、いずれが先に実行されてもよい。

　図６Ｃを参照して、ゴム部材５４を短尺パイプ５２の長手方向に圧縮して短尺パイプ５２の径方向外側へ膨張させ、それによって短尺パイプ５２を径方向外側へ拡管して箱体５１にかしめ接合する。このとき、短尺パイプ５２は、それぞれの孔部５１ｅ，５１ｆにおいてかしめ接合されている。

　図６Ｄを参照して、ゴム部材５４への圧縮荷重を除去すると、ゴム部材５４が自然状態（元の円柱状）に復元する。このとき、短尺パイプ５２は、塑性変形しており、形状が維持される。従って、容易にゴム部材５４を短尺パイプ５２から取り除くことができる。

　図６Ｅを参照して、長尺パイプ５３を短尺パイプ５２に挿入する。好ましくは、長尺パイプ５３の長手方向から見て、長尺パイプ５３と短尺パイプ５２の両端部とは、後に溶接し易いように隙間なく配置されている。

　図６Ｆを参照して、短尺パイプ５２と、長尺パイプ５３とを溶接する。溶接は、短尺パイプ５２の両端部の縁に沿って周状に行われる（符号Ｗ参照）。ただし、必ずしも周状に溶接する必要はない。

　このようにして、本実施形態の要素継手５０が図６Ｆに示すように製造される。

　本実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。

（第６実施形態）
　図７Ａ～７Ｆは、第１実施形態の図２Ａ～２Ｆに対応して、本実施形態の要素継手６０の製造方法を示している。本実施形態では、第１実施形態と実質的に同じ部分については説明を省略する場合がある。

　図７Ｆを参照して、本実施形態の要素継手６０は、強度が最も低い材質で形成された長尺パイプ（第１部材）６１と、強度が中間の材質で形成された短尺パイプ（第２部材）６２と、強度が最も高い材質で形成された箱体（第３部材）６３とを接合したものである。

　長尺パイプ６１は、短尺パイプ６２に比べて細く長尺な円管状である。即ち、長尺パイプ６１の全体が管状部となっている。長尺パイプ６１は、例えばアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金の引張強度は、４００ＭＰａ以下の程度である。

　短尺パイプ６２は、長尺パイプ６１を挿入できる程度に大径で短尺な円管状である。即ち、短尺パイプ６２の全体が管状部となっている。短尺パイプ６２は、例えば軟鋼やハイテンション鋼からなる。軟鋼やハイテンション鋼の引張強度は、４００～１０００ＭＰａの程度である。

　箱体６３は、板状の対向する二対の側壁（６３ａ，６３ｂ），（６３ｃ，６３ｄ）を有する。そのうちの一対の側壁６３ａ，６３ｂにはそれぞれ孔部６３ｅ，６３ｆが設けられている。箱体６３は、例えば超ハイテンション鋼からなる。超ハイテンション鋼の引張強度は、１０００～１７００ＭＰａ以下の程度である。

　本実施形態の要素継手６０では、短尺パイプ６２は、箱体６３の一対の側壁６３ａ，６３ｂのそれぞれの孔部６３ｅ，６３ｆに挿入されており、それぞれの孔部６３ｅ，６３ｆにて箱体６３と溶接されている（符号Ｗ参照）。溶接は孔部６３ｅ，６３ｆの縁に沿って周状になされている。なお、第１実施形態と同様に溶接以外の冶金的接合法ないし機械的接合法が採用されてもよい。また、長尺パイプ６１は、短尺パイプ６２に挿入されており、一対の側壁６３ａ，６３ｂのそれぞれの孔部６３ｅ，６３ｆに対して拡管されて短尺パイプ６２にかしめ接合されている。

　図７Ａ～７Ｆを参照して、上記要素継手６０の製造方法について説明する。

　図７Ａを参照して、箱体６３の一対の側壁６３ａ，６３ｂのそれぞれの孔部６３ｅ，６３ｆに短尺パイプ６２を挿入する。

　図７Ｂを参照して、短尺パイプ６２と箱体６３とを溶接する。溶接は、箱体６３の一対の側壁６３ａ，６３ｂのそれぞれの孔部６３ｅ，６３ｆの縁に沿って周状に行われる。ただし、必ずしも周状に溶接する必要はない。

　図７Ｃを参照して、短尺パイプ６２に長尺パイプ６１を挿入する。

　図７Ｄを参照して、長尺パイプ６１に円柱状のゴム部材（弾性体）６４を挿入する。

　図７Ｃに示す工程と、図７Ｄに示す工程とは、いずれが先に実行されてもよい。

　図７Ｅを参照して、ゴム部材６４を長尺パイプ６１の長手方向に圧縮して長尺パイプ６１の径方向外側へ膨張させ、それによって長尺パイプ６１を径方向外側へ拡管して短尺パイプ６２にかしめ接合する。このとき、短尺パイプ６２は、長尺パイプ６１とともに塑性変形してもよい。

　図７Ｆを参照して、ゴム部材６４への圧縮荷重を除去すると、ゴム部材６４が自然状態（元の円柱状）に復元する。このとき、長尺パイプ６１（および短尺パイプ６２）は、塑性変形しており、形状が維持される。従って、容易にゴム部材６４を長尺パイプ６１から取り除くことができる。

　このようにして、本実施形態の要素継手６０が図７Ｆに示すように製造される。

　本実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。

　以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

　また、上記各実施形態の要素継手の適用対象は、図８および図９に示すバンパーシステム１００であってもよい。例えば、軟鋼やハイテンション鋼製の管状の中間部材（第２部材）１２０を介して超ハイテンション鋼製のバンパービーム（第３部材）１３０に対してアルミニウム合金製のバンパーステイ（第１部材）１１０を接合してもよい。バンパーシステム１００では、中間部材１２０内にバンパーステイ１１０が挿入されるとともに、バンパーステイ１１０が拡管されて中間部材１２０にかしめ接合される。また、中間部材１２０とバンパービーム１３０とは、中間部材１２０の両端部において溶接される（符号Ｗ参照）。

　図１０に示すように、変形例のバンパーシステム２００では、中間部材（第２部材）２２０およびバンパービーム（第３部材）２３０がバンパーステイ（第１部材）２１０を貫通している。中間部材２２０は、拡管されてバンパーステイ２１０にかしめ接合されるとともに、両端部においてバンパービーム２３０と溶接される（符号Ｗ参照）。このとき、バンパービーム２３０は、拡管されていない。

　　１０　要素継手
　　１１　長尺パイプ（第１部材）
　　１２　短尺パイプ（第２部材）
　　１３　板材（第３部材）
　　１３ａ　孔部
　　１４　ゴム部材（弾性体）
　　２０　要素継手
　　２１　パイプ（第１部材）
　　２２　台座（第２部材）
　　２２ａ　管状部
　　２２ｂ　フランジ部
　　２３　板材（第３部材）
　　２３ａ　平坦部
　　２４　ゴム部材（弾性体）
　　３０　要素継手
　　３１　板材（第１部材）
　　３１ａ　孔部
　　３２　短尺パイプ（第２部材）
　　３３　長尺パイプ（第３部材）
　　４０　要素継手
　　４１　板材（第１部材）
　　４１ａ　平坦部
　　４２　台座(第２部材)
　　４２ａ　管状部
　　４２ｂ　フランジ部
　　４３　パイプ（第３部材）
　　５０　要素継手
　　５１　箱体（第１部材）
　　５１ａ～５１ｄ　側壁
　　５１ｅ，５１ｆ　孔部
　　５２　短尺パイプ（第２部材）
　　５３　長尺パイプ（第３部材）
　　５４　ゴム部材（弾性体）
　　６０　要素継手
　　６１　長尺パイプ（第１部材）
　　６２　短尺パイプ（第２部材）
　　６３　箱体（第３部材）
　　６３ａ～６３ｄ　側壁
　　６３ｅ，６３ｆ　孔部
　　６４　ゴム部材（弾性体）
　　１００　バンパーシステム
　　１１０　バンパーステイ（第１部材）
　　１２０　中間部材（第２部材）
　　１３０　バンパービーム（第３部材）
　　２００　バンパーシステム
　　２１０　バンパーステイ（第１部材）
　　２２０　中間部材（第２部材）
　　２３０　バンパービーム（第３部材）

Claims

　第１部材と、前記第１部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第２部材と、前記第２部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第３部材とが接合された要素継手であって、
　前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方の部材が管状部を有し、前記一方の前記管状部が拡管されて他方の部材にかしめ接合されており、
　前記第２部材および前記第３部材が機械的接合法または冶金的接合法によって互いに接合されている、要素継手。
　前記第１部材および前記第２部材はともに管状であり、
　前記第３部材は、孔部を有する板状であり、
　前記第１部材は、前記第２部材に挿入されており、拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、
　前記第２部材は、前記第３部材の前記孔部に挿入されており、前記第３部材の前記孔部と機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第１部材は、管状であり、
　前記第２部材は、管状部と、前記管状部から径方向外側へ延びるフランジ部とを有し、
　前記第３部材は、前記フランジ部と対向する平坦部を有し、
　前記第１部材は、前記第２部材の前記管状部に挿入されており、前記管状部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、
　前記第２部材の前記フランジ部と前記第３部材の前記平坦部とが機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第１部材は、孔部を有する板状であり、
　前記第２部材および前記第３部材は、ともに管状であり、
　前記第３部材は、前記第２部材に挿入されており、拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、
　前記第２部材は、前記第１部材の前記孔部に挿入されており、前記第１部材の前記孔部と機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第３部材は、管状であり、
　前記第２部材は、管状部と、前記管状部から径方向外側へ延びるフランジ部とを有し、
　前記第１部材は、前記フランジ部と対向する平坦部を有し、
　前記第３部材は、前記第２部材の前記管状部に挿入されており、前記管状部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されており、
　前記第２部材の前記フランジ部と前記第１部材の前記平坦部とが機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第１部材は、板状の対向する一対の側壁を有し、前記一対の側壁にはそれぞれ孔部が設けられており、
　前記第２部材および前記第３部材は、ともに管状であり、
　前記第２部材は、前記第１部材の前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に挿入されており、それぞれの前記孔部に対して拡管されて前記第１部材にかしめ接合されており、
　前記第３部材は、前記第２部材に挿入されており、前記第２部材の端部と機械的接合法または冶金的接合法によって接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第１部材および前記第２部材は、ともに管状であり、
　前記第３部材は、対向する一対の側壁を有し、前記一対の側壁にはそれぞれ孔部が設けられており、
　前記第２部材は、前記第３部材の前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に挿入されており、それぞれの前記孔部にて前記第３部材と機械的接合法または冶金的接合法によって接合され、
　前記第１部材は、前記第２部材に挿入されており、前記一対の側壁のそれぞれの前記孔部に対して拡管されて前記第２部材にかしめ接合されている、請求項１に記載の要素継手。
　前記第１部材は、バンパーステイであり、
　前記第３部材は、バンパービームである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の要素継手。
　前記第１部材は、引張強度が４００ＭＰａ以下の材質で形成されており、
　前記第２部材は、引張強度が４００～１０００ＭＰａの材質で形成されており、
　前記第３部材は、引張強度が１０００ＭＰａ以上の材質で形成されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の要素継手。
　第１部材と、前記第１部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第２部材と、前記第２部材の強度以上の強度を有する材質で形成された第３部材とが接合して要素継手を製造する方法であって、
　少なくとも一方が管状部を有する前記第１部材および前記第２部材と、前記第３部材とを準備し、
　前記管状部を拡管して他方の部材にかしめ接合し、
　前記第２部材と前記第３部材とを機械的接合法または冶金的接合法によって接合する
　ことを含む、要素継手の製造方法。
　前記かしめ接合では、
　前記管状部に弾性体を挿入し、
　前記弾性体を前記管状部の長手方向に圧縮して前記管状部の径方向外側へ膨張させ、それによって前記管状部を径方向外側へ拡管して他方の部材にかしめ接合する、請求項１０に記載の要素継手の製造方法。