(57)【要約】【課題】エネルギー吸収性能を低下性させることなく、難成形形状などの変形部を表面に設けた、車体用アルミニウム合金製エネルギー吸収部材を提供することを目的とする。【解決手段】アルミニウム合金製中空材3 からなり、他の車体部材に接合された上で、大荷重付加時に中空材の断面方向または軸方向に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材1aであって、中空材3 表面に、前記大荷重付加時に圧壊の起点となるか、または圧壊強度を補強する変形部4a、4bが設けられており、この変形部が電磁成形により形成されていることである。【選択図】図１
2006160260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金中空材からなり、他の車体部材に接合された上で、大荷重付加時に中空材の断面方向または軸方向に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材であって、中空材表面に、前記大荷重付加時に圧壊の起点となるか、または圧壊強度を補強する変形部が設けられており、この変形部が電磁成形により形成されていることを特徴とする車体用エネルギー吸収部材。
【請求項２】
前記変形部が、凸部、凹部、孔のいずれかである請求項１に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記中空材軸方向の端部に、前記他の部材の接合面形状と適合する接合面形状を有して外方に広がるフランジが形成され、このフランジにおいて、前記他の車体部材と着脱自在に接合される請求項１または２に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項４】
前記フランジが、電磁成形により、前記中空材軸方向の端部が拡径されるとともに、前記他の部材の接合面形状と適合する接合面形状を有して外方に広がるフランジに形成されたものである請求項３に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項５】
前記中空材が、3000系、5000系、6000系、7000系のいずれかのアルミニウム合金からなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項６】
前記エネルギー吸収部材がバンパー内に配置されるものである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体衝突時の荷重エネルギー吸収性能が優れ、かつ取付性にも優れた車体用エネルギー吸収部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車体には、乗員の安全性確保のために、車体衝突時の軸方向への大荷重付加時に、軸方向や断面方向に自ら圧壊変形して荷重エネルギーを吸収する、エネルギー吸収ボックスあるいはクラッシュボックスとも称される、エネルギー吸収部材が設けられる。
【０００３】
この車体エネルギー吸収部材として代表的なものは、バンパー補強材 (バンパーリインフォースメントあるいはバンパーアマチャアなどとも言う) 、バンパー補強材の後面に設けられるバンパーステイ、バンパーステイと車体サイドメンバ部材との間に設けられるエネルギー吸収部材、ドア内に設けられるドアビームなどである。
【０００４】
これらのエネルギー吸収部材の構造は、基本的に、円形あるいは矩形などの断面形状が、その長手方向（軸方向）に渡って延在する中空材からなる。
【０００５】
エネルギー吸収部材は、前記バンパー補強材では車体幅方向で略水平方向に延在するように配置され、前記バンパーステイやエネルギー吸収部材、ドアビームなどは、車体長さ方向に略水平方向に延在するように配置される。そして、これらエネルギー吸収部材は、車体の各使用 (取り付け) 部位に応じて、車体前方や後方の衝突、あるいは車体側方の衝突などの際の、中空材への大荷重付加時に、損壊、飛散などせずに、圧壊変形して荷重エネルギーを吸収する機能が求められる。ここで、前記バンパー補強材では中空材の横断面方向に圧壊変形し、前記バンパーステイやエネルギー吸収部材、ドアビームなどは、中空材の軸( 長手) 方向に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収する。
【０００６】
近年、車体軽量化のために、これらエネルギー吸収部材には、従来使用されていた鋼材に代わって、5000系、6000系、7000系等の高強度アルミニウム合金の押出中空形材などが使用され始めている。
【０００７】
なお、これらエネルギー吸収部材のエネルギー吸収性能を更に高めるため、従来から、大荷重付加時に圧壊の起点となる、凹みなどの変形部を中空材表面に設け、中空材の軸方向や断面方向への圧壊変形を助長する技術が、バンパー補強材などで提案されている（特許文献1 参照) 。
【特許文献１】特開2001-171446 号(1〜2 頁、図1 、2)
【０００８】
上記特許文献1 では、図10(a) 、(b) に正面図で示すように、上記変形部として凹み21、21を設け、この凹み21、21を起点として、前記両端部分のウエブ17、18を中空構造の内側 (断面方向) に屈曲しやすくする。このため、図10(a) のように、バンパー補強部材12に対し、略水平方向からの衝突荷重F が加わった場合、バンパー補強材12断面方向の圧壊変形時の最大荷重量の低減が図れる。また、図10(b) のように更に断面方向の変形が進んだとしても、ウエブ17、18と後壁部16との接続箇所や曲げ変形箇所等で割れが生じる可能性が少ない。したがって、バンパー補強部材12のエネルギー吸収量の向上が図れる利点を有する。
【０００９】
なお、図10において、12はパンパー補強材、13はステイ、14は車体サイドメンバーであり、これら部材が記載順に、車体前後方向 (図の左側が前) に順に配列される。そして、バンパー補強材12の後壁部16とステイ13の前面壁、ステイ13の後面フランジ13b とサイドメンバー14の前面フランジ14a とが機械的な結合手段20などにより接合されている。
【００１０】
これら凸部、凹部、孔などの変形部は、通常、変形部の形状に応じたプレス加工乃至機械加工により設けられる。例えば、凹部であればエンポス加工、凸部であれば拡管加工、孔であれば穴あけ加工などにより各々設けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、これら凸部、凹部、孔などの変形部を別途プレス加工乃至機械加工により形成する場合、単純な形状の変形部を設ける場合を除き、複雑な形状の変形部を設ける場合に、加工工程が複雑となったり、煩雑となる問題がある。
【００１２】
また、アルミニウム合金の中でも、高強度で伸びの小さな前記7000系アルミニウム合金などの中空材は、比較的プレス加工乃至機械加工しにくく、上記難成形形状の変形部を設ける場合に、割れやミクロな割れである肌荒れなどを生じやすい。更には、プレス加工乃至機械加工の条件にもよるが、残存伸びが変形部に残留する可能性もある。
【００１３】
更に、アルミニウム合金の中でも、高強度で伸びの小さな前記7000系アルミニウム合金などの中空材は、比較的プレス加工乃至機械加工しにくく、上記難成形形状の変形部を設ける場合に、変形部やその周辺に、割れやミクロな割れである肌荒れなどを生じやすい。更には、プレス加工乃至機械加工の条件にもよるが、残存伸びが変形部やその周辺に残留する可能性もある。
【００１４】
変形部やその周辺に、仮に、これら割れや肌荒れ、あるいは残存伸びが存在した場合、変形部やその周辺部の圧壊強度が著しく低下する。このため、変形部は、車体衝突時のような大荷重付加時ではなく、それよりも小さい荷重の付加時に圧壊しやすくなり (圧壊の起点となって) 、エネルギー吸収性能が著しく低下する。一方、これら割れや肌荒れ、あるいは残存伸びを無くすように、プレス加工乃至機械加工することは、上記した加工工程の複雑さや煩雑さの問題につながることとなる。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、エネルギー吸収性能を低下性させることなく、難成形形状などの変形部を表面に設けた、車体用アルミニウム合金エネルギー吸収部材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的を達成するために、本発明車体用エネルギー吸収部材の要旨は、アルミニウム合金中空材からなり、他の車体部材に接合された上で、大荷重付加時に中空材の断面方向または軸方向に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材であって、中空材表面に、前記大荷重付加時に圧壊の起点となるか、または圧壊強度を補強する変形部が設けられており、この変形部が電磁成形により形成されていることである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、車体用エネルギー吸収部材 (中空材) 表面の一部に、前記大荷重付加時に圧壊の起点となるか、または圧壊強度を補強する、凸部、凹部、孔などの変形部を設ける。そして、この変形部を電磁成形により中空材と一体に形成する。電磁成形は、後述する通り、電磁力による成形素材の超高速の変形によって、素材 (中空材) を成形する。このため、変形速度が遅いプレス加工乃至機械加工とは異なり、凸部、凹部、孔などの変形部やその周辺に、前記した、割れや肌荒れ、あるいは残存伸びが生じることが無い。
【００１８】
これは、特に、高強度で伸びの小さな前記7000系アルミニウム合金中空材の場合や、複雑な形状の変形部を設ける場合についても言える。この結果、割れや肌荒れ、あるいは残存伸びに起因する、変形部やその周辺部の圧壊強度の低下や、エネルギー吸収部材のエネルギー吸収性能の低下が生じない。
【００１９】
また、電磁成形は、強い電磁力による超高速の変形であるので、複雑な形状の変形部であっても、基本的には一回の成形加工で形成できる。このため、プレス加工乃至機械加工のような、加工工程が複雑となったり、煩雑となる問題が無い。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明エネルギー吸収部材の実施の形態について具体的に説明する。図1 、2 、3 、4 は、本発明エネルギー吸収部材の実施態様を各々示す斜視図である。
【００２１】
先ず、図1 において、エネルギー吸収部材1aは、中空部6 を有する円管状( 断面が円管状) のアルミニウム合金中空材3 からなる。凸部 (突起) 4a、4b等は、後述する電磁成形によって、中空材3 表面の円周方向に、例えば断面の円の中心 (中空材軸心) からの角度が60°間隔で6 個、90°間隔で4 個など、適宜設けられる変形部である。また、これら変形部を、大荷重付加時に圧壊の起点とするためには、あるいは逆に圧壊強度を増すために用いる場合も、中空材3 の前面からの長さが中空材3 軸方向長さの2/3 程度の位置に設けることが好ましい。
【００２２】
エネルギー吸収部材1aが、例えば、バンパー補強材やドアビームとして、車体衝突時の荷重方向に対し、略直角方向に延在するように略水平配置された場合の凸部 4a 、4b等の機能は、大荷重付加時に対する圧壊強度の向上につながる。即ち、この凸部 4a 、4b等は、車体前方や後方の衝突あるいは車体側方の衝突などの際の、中空材3 の断面方向への、F2の方向からの大荷重付加時には、エネルギー吸収部材1a (中空材3)の横断面方向の圧壊強度を高める。したがって、この圧壊強度が高まった分、エネルギー吸収部材の側を薄肉化できる、エネルギー吸収部材の側の設計の自由度が高まるなどの効果を有する。
【００２３】
バンパー補強材の場合、エネルギー吸収部材1aは、後述する通り、中空材3 の後面側表面3dにおいて、ステイにより横断面方向に支持される。また、ドアビームの場合、エネルギー吸収部材1aは、中空材3 の軸方向の両端部3a、3bにおいて、他のドア部材により軸方向に支持される。
【００２４】
なお、これらの圧壊強度向上効果は、凸部状乃至突起状の変形部だけでなく、凹部状の変形部でも同じである。但し、後述する孔などの変形部には、大荷重付加時の圧壊の起点のみであって、圧壊強度を補強する機能は無い。
【００２５】
一方、エネルギー吸収部材1aが、例えば、バンパーステイやエネルギー吸収部材のように、車体衝突時の荷重方向に対し、略平行方向に延在するように略水平配置された場合の凸部 4a 、4bの機能は、圧壊変形の起点となる。即ち、この凸部 4a 、4b等は、車体衝突時のF1の方向からの、中空材3 の荷重側 (前面側) の軸方向端部3aへの大荷重付加時には、中空材3 を外方へ拡径する作用を有するため、大広がるエネルギー吸収部材1a (中空材3)の軸方向の圧壊変形の起点となる。そして、エネルギー吸収部材1aの軸方向のエネルギー吸収性能を高める。これらの圧壊変形の起点効果は、凸部状乃至突起状の変形部だけでなく、凹部状や孔状の変形部でも同じである。
【００２６】
バンパーステイやエネルギー吸収部材の場合は、後述する通り、中空材3 の軸方向の両端部3a、3bにおいて、他の部材により軸方向に支持される。ここで、中空材3 の断面形状は、エネルギー吸収部材としての車体使用部位や使用態様によって選択されるが、後述するフランジを電磁成形にて成形可能な断面形状とする必要がある。
【００２７】
即ち、通常の矩形断面形状など、コーナーR(角度) の小さい角部を四隅に有するような断面形状では、電磁成形による中空材3 の拡径や縮径により、凸部、凹部、孔などの変形部や、後述するフランジを形成する際に、この角部で割れが生じやすくなる。
【００２８】
言い換えると、アルミニウム合金中空材3 の断面形状の制約条件は、前記小径の角部を有さない以外にはなく、エネルギー吸収部材の使用態様によって、種々の断面形状が選択しうる。例えば、円管状以外にも、コーナーR(角度) の小さい角部を有さない、矩形、円形、楕円形、その他な不定形な円形などの中空材だけではなく、開断面である C形や、コ形などの形材も含みうる。
【００２９】
次に、図2 、3 、4 では、円管状のアルミニウム合金中空材3 の軸方向のいずれかの端部、この場合は両端部 (図1 の3a、3b) に、他の車体部材との接合用のフランジ2a、2bを形成、配置した態様を斜視図で示している。これは、バンパーステイやエネルギー吸収部材の場合など、中空材3 の軸方向の両端部3a、3bにおいて、他の部材により軸方向に支持される態様を示す。
【００３０】
これらのフランジ2a、2bは、別個に製作したフランジ2a、2bを中空材3 の両端部に溶接や機械的な接合手段によって接合しても良いが、この方法では、フランジ自体を別個に製作する煩雑さがあり、更に、溶接にせよ機械的接合にせよ、上記のように、各々別個に接合する煩雑さがある。また、接合箇所が増す分、フランジを一体に形成する場合に比して、接合強度が低くなり、エネルギー吸収性能が低下する傾向は否めない。
【００３１】
したがって、接合強度の低下を防止し、合わせて、フランジ作成や接合の煩雑さを解消するためには、中空材3 の両端部3a、3bを電磁成形して、フランジ2a、2bを形成することが好ましい。図2 、3 、4 の態様においては、中空材3 の両端部3a、3bを、後述する電磁成形にて拡管し、中空材3 の外方に略直角の角度で立ち上がって、表面 (接合面) がフラット (平坦) に広がる、円形状のフランジ2a、2bを、中空材3 に一体に形成した態様を示している。
【００３２】
このような中空材3 に一体に形成されたフランジは、前記別途接合するタイプのフランジよりも、接合強度が格段に高く、エネルギー吸収部材1a自体のエネルギー吸収性能が高い。また、エネルギー吸収部材1aと他の車体部材とを、接合面積を大きくしながら、直接接合することができる。このため、フランジを別個に製作して、エネルギー吸収部材の端部や接合側の車体部材端部と、フランジ端部とを各々別個に接合するような従来方式に比して、両者の接合強度を大幅に高めることができる。この結果、エネルギー吸収部材1aの実際の設置時においても、軸方向への大荷重付加時に、軸方向の圧壊変形による荷重エネルギー吸収性能を向上させることができる。また、他の車体部材との接合の煩雑さをも解消できる。
【００３３】
また、電磁成形によれば、エネルギー吸収部材1aが接合される、他の車体部材の接合面や車体部材フランジ接合面の形状に応じて、これに適合するフランジ2a、2bの形状を自由に成形しうる。例えば、図2 、3 、4 のフランジ2a、2bは、他の車体部材のフラットな表面 (接合面) 形状や、フラットなフランジ表面 (接合面) 形状との接合を想定して、表面がフラットに広がる円形状のフランジに形成されている。
【００３４】
この点、他の車体部材の接合面や車体部材フランジ接合面の形状が、曲面形状や、フラットだが垂直方向ではなく角度を付けて斜めに傾いたような形状であれば、アルミニウム合金中空材のフランジ接合面形状も、これに適合すべく、曲面形状や、斜めに傾いて立ち上がるような形状とする。
【００３５】
更に、図2 、3 、4 では、エネルギー吸収部材の基本構造は図1 の1aと同じであって、中空材3 の表面の、凸部、凹部、孔などの変形部の形状を種々変えた態様を各々示している。なお、本発明における凸部、凹部、孔などの変形部の形状や中空材3 表面への設け方は下記態様に限定されるものではなく、下記態様以外にも、必要エネルギー吸収性能やエネルギー吸収部材の使用態様や部位に応じて、適宜選択される。
【００３６】
この内、図2(a)、(b) 、(c) および図2(a)、(b) 、(c) 、(d) は、凸部 (突起)4を設けた例を示している。図2(a)のエネルギー吸収部材1bでは、図1 と同じく、中空材3 表面の円周方向に対称に2 個の凸部4a、4bを設けている。図2(b)のエネルギー吸収部材1cでは、中空材3 表面の円周方向に対称に2 個の凸部を軸方向に2 列、合計4 個の凸部4c、4d、4e、4fを設けている。図2(c)のエネルギー吸収部材1dでは、中空材3 表面の円周方向に対称に、かつ軸方向の長さが長い2 個の凸部4g、4hを設けている。
【００３７】
図3 のエネルギー吸収部材では、中空材3 表面の円周に沿って、凸部を設けた例を示している。図3(a)のエネルギー吸収部材1eでは、中空材3 表面の円周に沿って、らせん状の凸部4iを設けている。図3(b)のエネルギー吸収部材1fでは、中空材3 表面の円周に沿って、リング状の凸部4jを設けている。図3(c)のエネルギー吸収部材1gでは、中空材3 表面の円周に沿って、軸方向の長さが比較的長い凸部4kを間隔をあけて複数個設けている。図3(d)のエネルギー吸収部材1hでは、中空材3 表面の円周に沿って、X 字状に互いに交叉した凸部4lを間隔をあけて複数個設けている。
【００３８】
更に、図4 のエネルギー吸収部材では中空材3 表面に貫通孔を設けた例を示している。図4(a)のエネルギー吸収部材1iでは、中空材3 表面の円周に沿って貫通孔5a、5bを間隔をあけて複数個設けている。図4(b)のエネルギー吸収部材1jでは、中空材3 表面の円周方向に対称に2 個の貫通孔を軸方向に2 列、合計4 個の貫通孔5c、5d、5e、5fを設けている。
【００３９】
上記図4(a)、(b) の態様は、前記図2(a)、(b) の凸部に代えて貫通孔を設けた態様とも言える。この点、前記図2 、3 の凸部の各態様と同様に、凸部を設ける代わりに凹部や貫通孔を設けても良く、また、これら凸部、凹部、貫通孔を、各々組み合わせて設けても良い。
【００４０】
次に、中空材3 の表面の上記凸部、凹部、孔など、種々の形状の変形部を実際に、中空材 (管)3の両端部にフランジを一体に形成する電磁成形方法について、以下に説明する。
【００４１】
先ず、電磁成形自体は、高電圧で蓄荷電されている電気エネルギー (電荷) を、通電コイルに瞬時に投入し (放電させ) 、極めて短時間の強力な磁場を形成することにより、この磁場内におかれたワーク (被加工物、金属部材) が磁場の反発力 (フレミングの左手の法則に従ったLorentz 力) によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用して、ワークを所定形状に、塑性加工乃至成形する技術である。
【００４２】
この電磁成形は、導電性が高く、かつ渦電流が発生しやすい金属の板、管などの金属部材を成形対象とし、板の成形、管の拡管、管の縮管、管の端部などの成形に有望とされて来た。特にアルミニウム合金は、電気の良導体であり、この電磁成形に適した材料とされる。
【００４３】
図5 は、前記図2 、3 、4 に示した、大荷重付加時の圧壊変形の起点となる凸部4 や孔5aなどの変形部を、前記図1 に示したフランジ2a、2bとともに、中空材3 の表面に電磁成形により同時に設ける態様を断面図で示している。
【００４４】
ここで、図5(a)、(b) は、前記図2(a)に示した凸部4a、4b、図5(c)は、前記図4(a)に示した貫通孔5aを、各々中空材両端部のフランジ2a、2bとともに、電磁成形によって、同時に設ける態様を示す。
【００４５】
図5(a)、(b) において、28、29、30は金型であり、アルミニウム合金中空材3 表面に、凸部4a、4bを形成するための、空間状 (隙間状) 成形面31または凹部成形面30c を有する。更に、これらの金型28、29、30は、中空材3 の両端部に、中空材3 の外方に略直角の角度で立ち上がって、表面がフラットに広がる円形状のフランジ2a、2bを形成するための、垂直に立ち上がるフラットな成形面29a 、30b を有する。
【００４６】
ここで、図5(a)、(b) において、金型28、29、30の片方の成形面28a 、30a は、垂直ではなく、一定の角度をもって斜めに立ち上がるフラットな成形面となっている。これは、前記したように、他の車体部材の接合面やフランジ接合面の形状が垂直ではなく、斜めに立ち上がるような場合に対応して、中空材3 に対し直角ではなく、一定の角度をもって斜めに立ち上がるような、傾斜したフランジ2aを作成するためである。
【００４７】
図5(a)、(b) において、電磁成形の要領は、先ず、アルミニウム合金中空材3 を金型28、29、30内にセットする。即ち、中空材3 の端部側 (図の右方) から、通電コイル25を中空材3 の管内に挿入する。そして、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを数十kJ( 数百μF 、数十kV) 、コンデンサー27、結線26を介して、通電コイル25に瞬時に投入し、極めて短時間の強力な磁場を、両管端部と空間状 (隙間状) 成形面31および凹部成形面30c 部分に形成する。
【００４８】
これにより、中空材3 の凸部4a、4b相当部が、金型の隙間状成形面31および凹部成形面30c 内に拡径され、凸部4a、4bを形成する。と同時に、中空材3 の周囲 (外) 方向に、中空材端部3a、3bを拡径する。そして、拡径した端部3a、3bを強い力で金型28、29、30の成形面に押圧し、フランジ2a、2bを中空材3 の端部に形成する。また、図示はしないが、変形部として凹部を形成する場合は、凹部に対応する形状の金型を、凹部を形成する中空材の表面部分に近接して設け、かしめなどに用いられるような、管径を縮小させる縮管電磁成形によって、凹部を形成する。
【００４９】
次に、図5(c)でもこれらの電磁成形の要領は同様である。ただ、図5(c)の場合では、金型32の隙間状成形面33によって拡径された中空材3 の貫通孔相当部分が、隙間状成形面33の先端にあるリング状突起部32a と衝突して、リング状突起部32a の輪郭形状に合わせて打ち抜かれ、貫通孔5a、5bを形成する。また、図5(c)の場合では、中空材3 端部の両フランジ2a、2bは、図4(a)のように、垂直に立ち上がるように形成される。
【００５０】
この電磁成形において、エネルギー吸収部材のような、3mm 以上の比較的厚肉で、かつ50mmΦ以上の比較的大口径のアルミニウム合金中空材の端部を拡管成形する場合、拡径した端部外表面を金型面に押圧して、アルミニウム合金中空材3 表面の変形部や端部のフランジを形成するためには、前記投入電気エネルギー量は、できるだけ大きく、例えば8kJ 以上とすることが好ましい。
【００５１】
因みに、このようなアルミニウム合金管端部内に、コイルを挿入する一方、金型成形面を管端部外側に近接させて設け、前記コイルに電気エネルギーを投入して、管端部を拡径変形させるとともに、変形した管端部の外表面側を前記金型成形面に押圧して、外方に広がるラッパ状のフランジを成形する技術は、佐野利男他4 名、" 電磁力を利用する塑性加工の研究" 、「機械技術研究所報告第150 号」、1990年3 月、機械技術研究所発行 (第6 章管端の成形、第62〜68頁) などにも開示されている (非特許文献1)。
【００５２】
しかし、本発明が対象とするようなエネルギー吸収部材は、3mm 以上の比較的厚肉で、かつ50mmΦ以上の比較的大口径のアルミニウム合金中空材である。このような、比較的厚肉で、かつ比較的大口径のアルミニウム合金管端部の成形は、かしめなどに用いられる管径を縮小させるような縮管成形に比して、著しく電磁成形が難しいと認識され、これまで実用化されていなかった。上記非特許文献1 でも、比較的厚肉で、かつ比較的大口径のアルミニウム合金中空材端部の、電磁成形による拡管乃至拡径成形が難しいと認識されている。この理由は、コイルなどのハード的な制約により、前記投入電気エネルギー量が小さくならざるを得なかったことも大きい。
【００５３】
図6 、7 は、図5 のように中空材表面の変形部と中空材端部のフランジとを同時に設けるのではなく、電磁成形よって、フランジのみ別個に設ける態様を斜視図で示している。
【００５４】
図6 、7 において、アルミニウム合金中空材3 を金型28、29、30内にセットした後の電磁成形の要領は、前記図5 の場合と同様である。即ち、先ず、アルミニウム合金中空材3 を、図6 に斜視図で示すように、例えば、水平に配置され、二つの上型23a 、23b と、二つの下型23c 、23d とに分割 (四つ割り) されて構成される金型23内 (金型で構成された挿入孔21内) にセットする。この際、拡管成形乃至拡径成形される中空材端部3aを、形成するフランジ2a、2bの大きさに相当する長さ分を、金型23の成形面24内に突出させる。
【００５５】
また、電磁成形中、電磁力によって中空材軸方向に荷重が係るため、アルミニウム合金中空材3 の位置がずれて (図の右方向に) 、フランジの寸法精度や形状精度に悪影響を及ぼさないよう、アルミニウム合金材3 を押さえ板 (突き当て板) 24により他端3b方向から固定している。
【００５６】
しかる後に、図6 に示すように、中空材端部3a側 (図の左方) から、通電コイル25をアルミニウム合金中空材3 の中空内に挿入する。この通電コイル25の中空内挿入長さも、形成するフランジの大きさに相当する中空材の長さに相当する分とする。そして、図示しない衝撃電流発生装置に高電圧で蓄荷電されている電気エネルギーを数十kJ( 数百μF 、数十kV) 、通電コイル25に瞬時に投入し、極めて短時間の強力な磁場を中空材端部3a部分に形成する。これにより、図6 に矢印で示す周囲 (外) 方向に、中空材端部3a部分を拡径する。
【００５７】
そして、拡径した中空材端部3aを強い力でフランジの表面 (接合面) 形状に対応した形状を有する成形面24に押圧し、図7 に示すように、前記図2 などに示した、中空材3 の外方に略直角の角度で立ち上がって、表面がフラットに広がる円形状のフランジをアルミニウム合金中空材3 の端部に形成する。この態様では、円管状のアルミニウム合金中空材3 の一方のフランジ2aか2bの形成を示しており、他方のフランジ2aか2bを形成する際にも、金型23に対し、中空材3 の向きを入れ換えて、もう一方の端部の成形を同様に行い、両方 (両端部) のフランジを形成する。
【００５８】
前記した、表面 (接合面) が鞍型などの曲面形状を有するフランジは、金型23の成形面24の形状を、鞍型などの適宜の曲面形状とすることで、成形できる。また、フラットだが垂直方向ではなく角度を付けて斜めに傾いたような形状も、金型23の成形面24を、中空材3 に対し、直角ではなく角度をつけて傾けることで成形できる。
【００５９】
なお、形成したフランジの後面側に、略平行な拡径部やテーパ状の拡径部を形成して、直線部と結ぶようにしても良い。フランジの後面側に、このような拡径部を形成することで、フランジの継ぎ手としての強度をより高めることができる。この拡径部の設け方は、金型の中空材挿入用貫通孔とアルミニウム合金中空材の外径とのクリアランスの調整により、簡便に制御できる。
【００６０】
次に、本発明エネルギー吸収部材の車体におけるバンパーフレーム部分に使用した場合の一使用態様を、図8 、9 を用いて説明する。図8 に一般的なバンパー構造を正面図で示す。図8 において、先ず、10はバンパーカバー、11は発泡フォーム材などで適宜構成する衝撃吸収材、12はパンパー補強材、13はステイ、14は車体サイドメンバーであり、1bは本発明エネルギー吸収部材 (図2 (a) の態様) である。これら部材が記載順に、車体前後方向 (図の左側が前) に順に配列される。
【００６１】
そして、バンパー補強材12の後面フランジ面16a とステイ13の前面フランジ13a 、ステイ13の後面フランジ13b とエネルギー吸収部材1bの前面フランジ2a、エネルギー吸収部材1bの後面フランジ2bと、サイドメンバー14の前面フランジ14a とが、これら各接合面同士で、溶接乃至ボルト、ナット、リベットなどの機械的な結合手段20などにより接合されている。
【００６２】
バンパー補強材12は、例えば、各々車体前後方向に略平行に設けられた前面フランジ15と後面フランジ16、およびこれらのフランジ間をつなぐ略平行に設けられた左右のウエブ17、18とからなる一体のアルミニウム合金中空押出形材により構成されることが好ましい。なお、19は選択的に設けられる補強用の中リブであり、これによって、断面日形の略矩形形状を有している。
【００６３】
また、ステイ13は、エネルギー吸収部材1bと同様に、アルミニウム合金中空材からなり、フランジ13a 、13b が電磁成形により、ステイ端部に一体に形成される場合には、実質的に、本発明エネルギー吸収部材となる。勿論、本発明では、このステイ13が従来のアルミニウム合金中空材や鋼製のステイであっても良い。また、ステイ13を本発明エネルギー吸収部材の態様とし、エネルギー吸収部材1bの方を省略することも可能である。
【００６４】
更にサイドメンバー14は、特に高い強度を必要とするため、通常通り、鋼材からなることが好ましい。このため、前面フランジ14a も、通常通り、サイドメンバー14端部に溶接接合で一体化された鋼製フランジとされる。
【００６５】
図8 の本発明態様では、エネルギー吸収部材1bのフランジ2a、2bが、ステイ13の後面フランジ13b やサイドメンバー14の前面フランジ14a の形状に対応して、垂直に立ち上がるフラットな形状を有する。そして、中空材3 に一体に形成されている。このため、エネルギー吸収部材1bと他の車体部材であるステイ13やサイドメンバー14とを、各々のフランジを介して、接合面積を大きくしながら、直接接合することができる。したがって、これらフランジを別個に製作して、各々別個に接合する従来方式に比して、エネルギー吸収部材1bの接合強度を大幅に高めることができる。また、エネルギー吸収部材1bは、圧壊変形の起点となる凸部4a、4bを有している。
【００６６】
これらの結果、バンパーカバー10を介して、車体前方から伝わる、車体衝突時の軸方向( 車体前後方向) の荷重エネルギーを、ステイ13の軸方向の圧壊変形と、エネルギー吸収部材1a軸方向の圧壊変形による、エネルギー吸収性能を大きく向上させることができる。また、エネルギー吸収部材1aのフランジを介して他の車体部材と直接接合することができるため、上記車体衝突時の圧壊変形によって、エネルギー吸収部材1aのみが壊れた場合でも、エネルギー吸収部材1aのみを簡便に取り外すことができ、新しいエネルギー吸収部材を取り付けることも簡便にできる。これらの効果は、ステイ13がエネルギー吸収部材である場合に、このステイ13についても言える。
【００６７】
図９は、図8 のバンパー構造の要部のみを平面図で示したものである。但し、図９において、バンパー補強材12は、図8 のように長手方向 (車体幅方向) に直線状ではなく、車体後方側に傾斜乃至湾曲した両端部12a 、12b を有する。このため、バンパー補強材12支持用の2 本のステイ13は、各々バンパー補強材12の車体後方側に傾斜した両端部12a 、12b 後面に、間隔をあけて配置されている。
【００６８】
したがって、ステイ23の各前面フランジ13a は、バンパー補強材12の両端部12a 、12b の後面形状に応じて、各方向に傾斜したフラットな形状を有している。そして、この前面フランジ13a を介して、その管軸方向 (中空形材軸方向) を車体前後方向 (水平方向) として、バンパー補強材1 をその後面側から車体前後方向に支持している。
【００６９】
前面フランジ13a を、このような傾斜した、通常は形成が難しい形状とする必要がある場合には、ステイ13を、本発明エネルギー吸収部材1bと同様に、アルミニウム合金中空材からなり、特に前面傾斜フランジ13a や、後面フランジ13b を電磁成形により、ステイ端部に一体に形成することが有利となる。なお、これ以外の、各部材の構造や接続構造は、図8 の場合と同じである。
【００７０】
本発明エネルギー吸収部材 (中空材) としての要求特性を満足するアルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 5000系、6000系、7000系等の耐力の比較的高い汎用合金であって、調質されたアルミニウム合金から選択して用いられる。ただ、この中でも、特に、Al-Zn-Mg系、あるいは Al-Zn-Mg-Cu系の7000系のアルミニウム合金押出中空形材であって、T5、T6、T7などの調質 (特に人工時効処理された) アルミニウム合金押出中空形材が好ましい。但し、これらアルミニウム合金の圧延板を中空状に成形および接合部を溶接接合した中空材なども用いて良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、エネルギー吸収性能を低下性させることなく、難成形形状などの変形部を表面に設けた、車体用アルミニウム合金エネルギー吸収部材を提供することができる。このため、エネルギー吸収部材や車体自体の軽量化を促進でき、アルミニウム合金材の用途も一層拡大するものであり、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明エネルギー吸収部材の一実施態様を示す斜視図である。
【図２】本発明エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、図2(a)、(b) 、(c) は各々変形部が異なる態様を示す斜視図である。
【図３】本発明エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、図3(a)、(b) 、(c) 、(d) は各々変形部が異なる態様を示す斜視図である。
【図４】本発明エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、図4(a)、(b) は各々変形部が異なる態様を示す斜視図である。
【図５】本発明エネルギー吸収部材の変形部形成の工程を示し、図5(a)、(b) 、(c) は各々異なる変形部を設ける態様を示す断面図である。
【図６】本発明エネルギー吸収部材のフランジ形成の前半工程を示す斜視図である。
【図７】本発明エネルギー吸収部材のフランジ形成の後半工程を示す斜視図である。
【図８】本発明エネルギー吸収部材のバンパへの使用態様を示す正面図である。
【図９】本発明エネルギー吸収部材のバンパへの使用態様を示す平面図である。
【図１０】従来のバンパ補強材の態様を示し、図10(a) 、(b) は圧壊変形の過程を各々示す正面図である。
【符号の説明】
【００７３】
1:エネルギー吸収部材、2:フランジ、3:中空材、4:凸部、5:孔、
6:中空部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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