(57)【要約】      （修正有）【課題】第１部材の割れを抑制しつつ、第１部材を拡大変形加工する、弾性体を利用した部材の加工方法。【解決手段】軸線方向に延びた中空の断面形状の内周面２１ａにＲ部２２ａを有する角部２３ａが設けられ、角部２３ａの形状が以下の式によって規定されているアルミパイプ２０と、ゴムとを準備し、アルミパイプの内部にゴムを挿入し、ゴムを軸線方向に圧縮して軸線の径方向外側に向けて膨張させてアルミパイプを拡大変形加工する。2018020337.tif 000017θ：第１部材の角部の内周面における角度、Ｒｃ：第１部材の角部の内周面のＲ部の半径、Ｌ１：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ、Ｌ２：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ、ｎ：第１部材の材料のｎ値（加工硬化指数）【選択図】図５
2018020337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びた中空状であり、前記軸線方向の断面形状の内周面にＲ部を有する角部が設けられ、前記角部の形状が以下の式によって規定されている第１部材と、弾性体とを準備し、
前記第１部材の内部に前記弾性体を挿入し、
前記弾性体を前記軸線方向に圧縮して前記軸線の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記第１部材を拡大変形加工する
ことを含む、部材の加工方法。
2018020337.tif 000015
θ：第１部材の角部の内周面における角度
Ｒｃ：第１部材の角部の内周面のＲ部の半径
Ｌ１：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｌ２：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
ｎ：第１部材の材料のｎ値（加工硬化指数）
【請求項２】
前記第１部材とは強度が異なり、穴部が設けられた第２部材をさらに準備し、
前記第２部材の前記穴部に前記第１部材を挿通し、
請求項１に記載の部材の加工方法を使用して前記第１部材を拡大変形加工して前記第１部材と前記第２部材とを接合する
ことを含む、部材の接合方法。
【請求項３】
前記第１部材は、外形を画定する外壁と、前記外壁内の内部空間を仕切る内リブとを備え、
前記外壁と前記内リブが接続されている交差部には、内周面にＲ部を有する角部が設けられ、前記交差部の前記角部の形状が以下の式によって規定されている、請求項２に記載の部材の接合方法。
2018020337.tif 000016
φ：第１部材の交差部の角部の内周面における角度
ｒｃ：第１部材の交差部の内周面のＲ部の半径
Ｄ１：第１部材の交差部の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｄ２：第１部材の交差部の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
ｎ：第１部材の材料のｎ値（加工硬化指数）
【請求項４】
前記第２部材の前記穴部の形状と前記第１部材の前記穴部に挿通される部分の断面形状は相似形である、請求項２または請求項３に記載の部材の接合方法。
【請求項５】
前記弾性体を圧縮する際、前記第１部材も前記軸線方向に圧縮する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
【請求項６】
前記第２部材の前記穴部の縁はバーリング加工されている、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
【請求項７】
前記第１部材の外側に型枠を配置し、前記第１部材の少なくとも一部を前記型枠に沿うように成形して接合する、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
【請求項８】
前記第１部材の外側に外枠金型を配置し、前記外枠金型により前記第１部材の拡大変形を部分的に制限して接合する、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の加工方法および部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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低比重かつ高強度の金属が使用されている。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、およびプレス成形品を、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。
【０００３】
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。例えば特許文献１には、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。特許文献１の部材の接合方法では、壁面体（第２部材）の貫通孔に管体（第１部材）を挿入し、管体の内側に弾性体を挿入し、弾性体を加圧することで管体を膨出させ、管体と壁面体を圧接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−１３３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された接合方法では、接合される部材の形状について、特に接合される管が多角形管であることについては言及されていない。即ち、接合される管が多角形管である場合、加工し易くかつ割れを抑制できるなどの接合に好ましい詳細な形状については考慮されていない。
【０００６】
本発明は、弾性体を利用した部材の加工方法において、第１部材の割れを抑制しつつ、第１部材を拡大変形加工することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様の部材の加工方法は、軸線方向に延びた中空状であり、前記軸線方向の断面形状の内周面にＲ部を有する角部が設けられ、前記角部の形状が以下の式によって規定されている第１部材と、弾性体とを準備し、前記第１部材の内部に前記弾性体を挿入し、前記弾性体を前記軸線方向に圧縮して前記軸線の径方向外側に向けて膨張させ、それによって前記第１部材を拡大変形加工することを含む。
【０００８】
【数１】
2018020337.tif 000003
θ：第１部材の角部の内周面における角度
Ｒｃ：第１部材の角部の内周面のＲ部の半径
Ｌ１：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｌ２：第１部材の角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
ｎ：第１部材の材料のｎ値（加工硬化指数）
を備える、部材の加工方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の態様の部材の接合方法は、前記第１部材とは強度が異なり、穴部が設けられた第２部材をさらに準備し、前記第２部材の前記穴部に前記第１部材を挿通し、上記の部材の加工方法を使用して前記第１部材を拡大変形加工して前記第１部材と前記第２部材とを接合することを含む。
【００１０】
これらの方法によれば、弾性体を軸線の径方向外側へ膨張させて第１部材を均等に拡大変形することで、局所的な変形を防止し、各部材に対する負荷を軽減できる。これは軸線方向に圧縮された弾性体が軸線の径方向外側に向かって均等に膨張する性質を利用し、第１部材を均等に変形できるためである。従って、第１部材と第２部材の嵌合精度が向上し、接合強度を向上できる。また、電磁成形やその他の加工を施す接合方法と比べて簡易である。ここで、第１部材と第２部材の強度とは、降伏強さ、引張強さ、延性、剛性、または曲げ強度など材料の変形や破壊に関連する性質全般のことを示す。また、上記の式（１）中のａｖｅ（Ｌ１，Ｌ２）は、Ｌ１とＬ２の平均値を示し、以降単にＬという場合がある。
【００１１】
また、第１部材には角部が設けられているため、断面形状が円形の場合と比べ、部材が回転し難く、ねじり強度を向上できる。ただし、角部の内周面のＲ部の半径が著しく大きい場合、角部の外周面の形状も丸みを帯び、ねじられた際の角部での引掛かり量が小さくなり、ねじり強度向上の効果も小さくなり易い。そのため、上記の式（１）のようにＲｃ／Ｌをｔａｎ(θ／２)／４よりも小さく規定し、角形状を維持して一定以上の引掛かり量を確保している。
【００１２】
また、第１部材に角部が設けられている場合、拡大変形の際に角部に変形力が集中して割れるおそれがある。特に角部が直角または小半径の丸角の場合、変形力が角部に集中し易く、十分に拡大変形する前に角部が割れることがある。これに対し、上記の式（１）のように、Ｒｃ／Ｌをｔａｎ(θ／２)／（（１８×ｎ／２）＋２）よりも大きく規定することで角部の内周面が一定以上の丸みを有し、角部の剛性が低下して角部の拡大変形が容易となる。従って、角部の割れを抑制できると共に第１部材を十分に拡大変形できる。
【００１３】
前記第１部材は、外形を画定する外壁と、前記外壁内の内部空間を仕切る内リブとを備え、前記外壁と前記内リブが接続されている交差部には、内周面にＲ部を有する角部が設けられ、前記交差部の前記角部の形状が以下の式によって規定されていてもよい。
【００１４】
【数２】
2018020337.tif 000004
φ：第１部材の交差部の角部の内周面における角度
ｒc：第１部材の交差部の内周面のＲ部の半径
Ｄ１：第１部材の交差部の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｄ２：第１部材の交差部の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
ｎ：第１部材の材料のｎ値（加工硬化指数）
を備えてもよい。
【００１５】
この方法によれば、第１部材が内リブを備えるため、第１部材の剛性を向上できる。また、第１部材の外壁と内リブが接続されている交差部の角部の形状も式（１）と同様に式（２）で規定することで、交差部の割れを抑制できると共に外壁および内リブを拡大変形できる。ここで、式（２）中のａｖｅ（Ｄ１，Ｄ２）は、Ｄ１とＤ２の平均値を示す。
【００１６】
前記第２部材の前記穴部の形状と前記第１部材の前記穴部に挿通される部分の断面形状は相似形であってもよい。
【００１７】
この方法によれば、第１部材と第２部材が互いに相似形であることで、第１部材を均等に拡大変形して接合でき、第１部材と第２部材に対して局所的な負荷が発生することを防止できる。ここで、相似形とは、軸線方向から見た場合を示している。
【００１８】
前記弾性体を圧縮する際、前記第１部材も前記軸線方向に圧縮してもよい。
【００１９】
この方法によれば、第１部材も軸線方向に圧縮することで第１部材の外側方向の拡大変形を補助できる。即ち、弾性体による第１部材の内側からの拡大変形力と合わせて、より確実に第１部材を外側方向へ拡大変形し、接合できる。
【００２０】
前記第２部材の前記穴部の縁はバーリング加工されていてもよい。
【００２１】
この方法によれば、第２部材の穴部の縁をバーリング加工することで、第２部材の穴部の強度を向上でき、第２部材の変形を防止できる。また、バーリング加工により第１部材と第２部材の接合面積が増加するため、接合強度を向上できる。
【００２２】
前記第１部材の外側に型枠を配置し、前記第１部材の少なくとも一部を前記型枠に沿うように成形して接合してもよい。
【００２３】
この方法によれば、様々な内面形状の型枠を使用することで、第１部材を任意の形状に変形できる。変形させる形状は部品性能の観点などから適宜選択し、用途に応じた形状にできる。
【００２４】
前記第１部材の外側に外枠金型を配置し、前記外枠金型により前記第１部材の拡大変形を部分的に制限して接合してもよい。
【００２５】
この方法によれば、外枠金型を使用することで、第１部材の拡大変形する領域を規定し、高精度に拡大変形領域を制御できる。ここで拡大変形領域とは、第１部材が外側に向かって拡大変形した領域をいう。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、弾性体を利用した部材の加工方法において、第１部材の角部の形状を加工し易くかつ割れ難く規定しているため、割れを抑制すると共に第１部材を十分に拡大変形できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る部材の接合方法を適用する鋼製部品とアルミパイプの接合前の斜視図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る部材の接合方法を適用した鋼製部品とアルミパイプの接合後の斜視図。
【図２Ａ】第１実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図２Ｂ】第１実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図２Ｃ】第１実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図２Ｄ】第１実施形態に係る部材の接合方法の接合後の断面図。
【図３】第１実施形態のアルミパイプの寸法関係を説明するための断面図および部分拡大図。
【図４Ａ】辺部と角部についての拡管量とひずみの関係を示すグラフ。
【図４Ｂ】θ＝９０度のときのＲｃ／Ｌとひずみ比の関係を示すグラフ。
【図４Ｃ】θ＝７０，９０，１１０度のときのＲｃ／Ｌとひずみ比の関係を示すグラフ。
【図５】第１実施形態の第１変形例のアルミパイプを示す断面図。
【図６Ａ】第１実施形態の第２変形例の接合前の断面図。
【図６Ｂ】第１実施形態の第２変形例の接合中の断面図。
【図７Ａ】第１実施形態の第３変形例の接合前の断面図。
【図７Ｂ】第１実施形態の第３変形例の接合後の断面図。
【図８】第２実施形態のアルミパイプの寸法関係を説明するための断面図。
【図９Ａ】第２実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図９Ｂ】第２実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図１０Ａ】第３実施形態に係る部材の接合方法の適用するハット型の鋼製部品とアルミパイプの接合前の斜視図。
【図１０Ｂ】第３実施形態に係る部材の接合方法の適用したハット型の鋼製部品とアルミパイプの接合後の斜視図。
【図１１Ａ】第３実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図１１Ｂ】第３実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図１１Ｃ】第３実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図１１Ｄ】第３実施形態に係る部材の接合方法の接合後の断面図。
【図１２Ａ】第４実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図１２Ｂ】第４実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図１３Ａ】第５実施形態に係る部材の接合方法の接合前の断面図。
【図１３Ｂ】第５実施形態に係る部材の接合方法の接合中の断面図。
【図１４Ａ】第５実施形態の変形例の接合前の断面図。
【図１４Ｂ】第５実施形態の変形例の接合中の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１Ａから２Ｄを参照して、アルミパイプ（第１部材）２０と鋼製部品（第２部材）１０を接合する部材の接合方法について説明する。以下では、異種金属の接合の例として、鋼製部品１０とアルミパイプ２０を接合した例を示しているが、接合する部材の材質は特に限定されず、強度が異なっていれば、鋼製またはアルミ製以外であってもよい。ここで、強度とは、降伏強さ、引張強さ、延性、剛性、または曲げ強度など材料の変形や破壊に関連する性質全般のことを示す。これは以降の第２〜第５実施形態についても同様である。
【００３０】
図１Ａに示すように、鋼製部品１０はハイテンション鋼からなる平板である。鋼製部品１０には、アルミパイプ２０を挿通可能な穴部１１が設けられている。アルミパイプ２０は、アルミニウム合金製であり、軸線Ｌ方向に延びた中空の管状である。軸線Ｌは、アルミパイプ２０の中心と、鋼製部品１０の穴部１１の中心とを通っている。アルミパイプ２０の詳細な形状は後述する。
【００３１】
図１Ｂに示すように、アルミパイプ２０が軸線Ｌの径方向外側へ膨張することで、アルミパイプ２０が鋼製部品１０の穴部１１に圧接される。鋼製部品１０の穴部１１の形状と寸法は、アルミパイプ２０の断面形状と相似形であることが好ましく、さらにアルミパイプ２０が挿通可能な範囲で極力小さい方が好ましい。ここで、相似形とは、軸線Ｌ方向から見た場合を示している。
【００３２】
図２Ａから図２Ｄに示すように、鋼製部品１０とアルミパイプ２０の接合には、ゴム（弾性体）３０が使用される。
【００３３】
まず、図２Ａに示すように、鋼製部品１０の穴部１１にアルミパイプ２０を挿通し、アルミパイプ２０の内部にゴム３０を挿入し、接合前の組立体１を構成する。このとき、アルミパイプ２０は、内部にゴム３０を挿入された状態で鋼製部品１０の穴部１１に挿通されてもよい。そして、図２Ｂに示すように、その状態の組立体１をプレス装置４０にセットする。
【００３４】
プレス装置４０は、圧子４１および受座４２を備える。圧子４１は、下方へ延びる円柱状の凸部４１ａと、凸部４１ａの周囲に設けられたつば部４１ｂとを備える。圧子４１の凸部４１ａの下面４１ｃは平坦面である。受座４２は、上方へ延びる円柱状の凸部４２ａと、凸部４２ａの周囲に設けられたつば部４２ｂとを備える。受座４２の凸部４２ａの上面４２ｃは平坦面であり、受座４２の凸部４２ａの上面４２ｃにはゴム３０が載置されている。
【００３５】
ゴム３０は、アルミパイプ２０に挿入可能な径の円柱形状である。ゴム３０の長さは、接合部近傍においてアルミパイプ２０を変形できる程度の長さであればよい。使用するゴム３０の種類は特に限定されず、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等を使用できる。
【００３６】
次に、図２Ｃに示すように、ゴム３０は、圧子４１の凸部４１ａの下面４１ｃと、受座４２の凸部４２ａの上面４２ｃとによって挟まれ、軸線Ｌ方向に圧縮される。ゴム３０は軸線Ｌ方向の寸法が小さくなるにつれて、径方向の寸法が拡大する。このようにゴム３０を軸線Ｌから径方向外側に向けて膨張するように弾性変形させ、アルミパイプ２０を拡大変形させて鋼製部品１０と圧接する。
【００３７】
接合後、図２Ｄのように、プレス装置４０の圧縮力が除去されたゴム３０は、自身の弾性力により元の形状に復元する。従って、ゴム３０をアルミパイプ２０から容易に取り除くことができる。
【００３８】
ここで、図３を参照して、前述の部材の加工方法および接合方法に適したアルミパイプ２０の形状を詳細に説明する。アルミパイプ２０の断面形状は図では概ね台形であるが、その他の多角形の形状であってもよい。アルミパイプ２０には、内周面２１ａにＲ部２２ａ〜２２ｄを有する角部２３ａ〜２３ｄが設けられている。角部２３ａ〜２３ｄの内周面２１ａにおける角度θは、例えば４５〜１３５度の範囲内である。角部２３ａ〜２３ｄのうち、例えば１つの角部２３ａの内周面２１ａのＲ部２２ａの形状は、以下の式（３）によって規定されている。なお、本実施形態では他の角部２３ｂ〜２３ｄの形状も同様に規定されている。
【００３９】
【数３】
2018020337.tif 000005
θ：アルミパイプの角部の内周面における角度
Ｒｃ：アルミパイプの角部の内周面のＲ部の半径
Ｌ１：アルミパイプの角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｌ２：アルミパイプの角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
ｎ：アルミパイプの材料のｎ値（加工硬化指数）
【００４０】
ここで、上記の式（３）中のａｖｅ（Ｌ１，Ｌ２）は、Ｌ１とＬ２の平均値を示し、以降単にＬという場合がある。
【００４１】
このように、アルミパイプ２０には角部２３ａが設けられているため、断面形状が円形の場合と比べ、部材１０，２０が回転し難く、ねじり強度を向上できる。ただし、角部２３ａの内周面２１ａのＲ部２２ａの半径Ｒｃが著しく大きい場合、角部２３ａの外周面２１ｂの形状も丸みを帯び、ねじられた際の角部２３ａでの引掛かり量が小さくなり、ねじり強度向上の効果も小さくなり易い。そのため、上記の式（３）のようにＲｃ／Ｌをｔａｎ(θ／２)／４よりも小さく規定し、角形状を維持して一定以上の引掛かり量を確保している。
【００４２】
また、アルミパイプ２０に角部２３ａが設けられている場合、拡大変形の際に角部２３ａに変形力が集中して割れるおそれがある。特に角部２３ａが直角または小半径の丸角の場合、変形力が角部２３ａに集中し易く、十分に拡大変形する前に角部２３ａが割れることがある。これに対し、上記の式（３）のように、Ｒｃ／Ｌをｔａｎ(θ／２)／（（１８×ｎ／２）＋２）よりも大きく規定することで角部２３ａの内周面２１ａが一定以上の丸みを有し、角部２３ａの剛性が低下して角部２３ａの拡大変形が容易となる。従って、角部２３ａの割れを抑制できると共にアルミパイプ２０を十分に拡大変形できる。
【００４３】
詳細には、上記の式（３）は、以下の２つの条件式（４），（５）から導出される。
【００４４】
【数４】
2018020337.tif 000006
ｃ：アルミパイプの角部を構成する２つの辺部におけるＲ部の直線長さ
ｂ１：アルミパイプの角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線部の長さ
ｂ２：アルミパイプの角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線部の長さ
【００４５】
【数５】
2018020337.tif 000007
【００４６】
上記の式（４）は、アルミパイプ２０の角部２３ａの角形状を保つための条件式である。ここで、上記の式（４）中のａｖｅ（ｂ１，ｂ２）は、ｂ１とｂ２の平均値を示し、以降単にｂという場合がある。具体的には、角部２３ａの長さｃよりも直線部２４ａ，２４ｂの長さｂ１，ｂ２の平均値ｂの半長ｂ／２を長くすることで、即ち角部２３ａに対して所定以上の長さの直線部を設けることで、断面形状が概略円形となることを防止し、角形状を維持している。
【００４７】
上記の式（５）は、解析と実験により導かれた条件式である。後述する解析結果と実験結果に基づいて、式（５）の条件を満たすとき、アルミパイプ２０の割れの発生を抑制できる。
【００４８】
上記の式（４），（５）から、以下の式（６）が導かれる。
【００４９】
【数６】
2018020337.tif 000008
【００５０】
また、図３に示すように角部２３ａの幾何学的形状から、以下の２つの式（７）が導かれる。
【００５１】
【数７】
2018020337.tif 000009
【００５２】
上記の式（６），（７）から以下の式（８）が導かれ、式（８）を変形すると上記の式（３）となる。
【００５３】
【数８】
2018020337.tif 000010
【００５４】
従って、上記の式（３）で規定される角部２３ａの内周面２１ａのＲ部２２ａの形状は、角形状を保つ条件式（４）および割れの発生を抑制できる条件式（５）の両方を満たしている。
【００５５】
ここで、上記の式（３）について、解析と実験の結果をふまえて詳細に説明する。本実施形態では、アルミパイプ２０の材料はアルミであり、そのｎ値は０．２である。さらに、例えば角度θを９０度としてＬ１とＬ２が等しい正方形断面（Ｌ１，Ｌ２を以降Ｌということがある）を考えると、式（３）は以下の式（９）のように、Ｒｃ／Ｌの範囲として表すことができる。
【００５６】
【数９】
2018020337.tif 000011
【００５７】
図４Ａは、アルミパイプ２０について、角度θ＝９０度、Ｌ１＝Ｌ２、直径８０ｍｍ、および半径Ｒｃ＝１０ｍｍの条件で解析を行って得られた拡管量とひずみの関係を示したグラフである。グラフ中の上側のライン（角部ひずみ）は、角部２３ａのみが変形すると仮定した場合の解析結果である。即ち、角部ひずみは、角部の長さｃの変化量をΔｃとして、Δｃ／ｃと表せる。グラフ中の下側のライン（直線部ひずみ）は、直線部２４ａのみが変形すると仮定した場合の解析結果である。即ち、直線部ひずみは、直線部の長さの半長ｂ／２の変化量をΔｂとして、Δｂ／（ｂ／２）と表せる。図４Ａに示すように、角部ひずみは直線部ひずみに比べて大きく、直線部ひずみに対する角部ひずみの比（ひずみ比）が一定以上となった場合、アルミパイプ２０に割れが発生する。なお、ひずみ比は、（Δｃ／ｃ）／（Δｂ／（ｂ／２））と表すことができ、これを近似して概ねｂ／２ｃと表せる。
【００５８】
図４Ｂは、アルミパイプ２０が、角度θ＝９０度、Ｌ１＝Ｌ２、および直径８０ｍｍの条件で解析を行って得られた、半径Ｒｃを変化させた場合のＲｃ／Ｌと、図４Ａの直線部ひずみに対する角部ひずみの比（ひずみ比）との関係を示すグラフである。グラフ中の破線部は上記の式（９）の条件から外れる部分を示し、実線部分は上記の式（９）の条件に合致する部分を示している。即ち、グラフ中の実線部分が接合に好ましい範囲である。
【００５９】
図４Ｂのグラフの実線の範囲内が有効であることを実験的に確認すべく、角度θ＝９０度、Ｌ１＝Ｌ２、直径８０ｍｍ、および厚み２．０ｍｍのアルミパイプ２０について、角部２３ａの半径Ｒｃを様々に変えて１０％（＝８ｍｍ）拡管し、割れの有無を検証した。その実験結果を以下の表１に示している。
【００６０】
【表１】
2018020337.tif 000012
【００６１】
表１に示すように、Ｒｃ／Ｌが１／２０（＝０．０５）以下の値である０，０．０１２５，０．０３７５のときは割れが発生しており、Ｒｃ／Ｌが０．０５より大きい値である０．０６２５，０．１２５のときは割れが発生していない。ここで、Ｒｃが０のときはＲ部が存在せず、角部２３ａの内周面２１ａが直角となっていることを示す。これにより、Ｒｃ／Ｌが０．０３７５〜０．０６２５の間で割れを生じる閾値が存在すると考えられ、本実施形態ではその閾値を０．０５に設定している。この解析結果と実験結果から、Ｒｃ／Ｌが０．０５のときにひずみ比が９であることより、ひずみ比が９以上となるときに割れが発生すると考えられる。そのため、前述のように、ひずみ比がｂ／２ｃで表されることから、接合に好ましいのはひずみ比（ｂ／２ｃ）が９未満のときである（式（５）参照）。ただし、上記の式（５）の右辺では、材料に一般性を持たせるために、材料のｎ値を導入している。なお、Ｒｃ／Ｌが１／４（＝０．２５）以上のとき、角部２３ａの角形状が維持されないという条件は幾何的に導かれるものであるため、Ｒｃ／Ｌが０．２５以上の場合は実験の対象としていない（式（４）参照）。
【００６２】
図４Ｃは、図４Ｂのグラフに角度θが７０，１１０度の場合を加えたグラフを示している。角度θが７０，１１０度の場合も角度θが９０度の場合と同様に、ひずみ比が９以上のときに割れが発生すると考えられ、さらに角部２３ａの角形状を維持するための同様の条件から、以下の２つの式（１０）が導かれる。このようにして、角度θが変更された場合でもＲｃ／Ｌの好ましい範囲を導出可能であり、接合に適したアルミパイプ２０の形状を規定できる。
【００６３】
【数１０】
2018020337.tif 000013
【００６４】
図５に示すように、本実施形態の第１変形例として、アルミパイプ２０の断面形状は、内周面２１ａと外周面２１ｂの断面形状が相似形でなくてもよく、即ちアルミパイプ２０の板厚は一定でなくてもよい。例えば、図５に示すように、４つの角部２３ａ〜２３ｄを有する概ね正方形断面であり、角部２３ａ〜２３ｄの内周面２１ａにはＲ部２２ａ〜２２ｄが設けられ、角部２３ａ〜２３ｄの外周面２１ｂにはＲ部が設けられていなくてもよい。
【００６５】
図６Ａ，６Ｂに示すように、本実施形態の第２変形例として、アルミパイプ２０のうち、拡大変形させない部分（本変形例では端部）の外側に外枠４１ｄ，４２ｄを配置してもよい。外枠４１ｄ，４２ｄは円筒状でアルミパイプ２０の両端部の周囲に配置されている。外枠４１ｄ，４２ｄを配置することで、アルミパイプ２０の両端部の変形を規制し、接合部のみを変形させることができ、使用用途に応じた形状にできる。
【００６６】
図７Ａ，７Ｂに示すように、本実施形態の第３変形例として、鋼製部品１０の穴部１１の縁にバーリング加工を施してもよい。鋼製部品１０の穴部１１の縁をバーリング加工することで、鋼製部品１０の穴部１１の強度を向上でき、鋼製部品１０の変形を防止できる。また、バーリング加工により鋼製部品１０とアルミパイプ２０の接合面積が増加するため、接合強度を向上できる。
【００６７】
なお、本実施形態の部材の接合方法で使用したアルミパイプ２０を拡大変形する加工方法は、接合とは別に単独で使用されてもよい。即ち、アルミパイプ２０を、鋼製部品１０との接合とは関係なく、ゴム３０により拡大変形させて所望の形状を得ることもできる。
【００６８】
（第２実施形態）
図８〜９Ｂは、本発明の第２実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本実施形態では、アルミパイプ２０は、外形を画定する外壁２５と、外壁２５内の内部空間を仕切る内リブ２６とを備える。内リブ２６は、軸線Ｌ方向から見て十字型に形成され、外壁２５内の内部空間を４つに仕切っている。そのため、アルミパイプ２０は、４つの内周面２１ｃ〜２１ｆを備える。
【００７０】
外壁２５と内リブ２６が接続されている４つの交差部２７ａ〜２７ｄには、Ｒ部２２ｅ〜２２ｌを有する角部２３ｅ〜２３ｌがそれぞれ設けられている。角部２３ｅ〜２３ｌのうち、例えば１つの角部２３ｅの内周面２１ｃのＲ部２２ｅの形状は、以下の式（１１）によって規定されている。なお、本実施形態では他の角部２３ｆ〜２３ｌの形状も同様に規定されている。
【００７１】
【数１１】
2018020337.tif 000014
φ：アルミパイプの交差部の角部の内周面における角度
ｒｃ：アルミパイプの交差部のＲ部の半径
Ｄ１：アルミパイプの交差部の角部を構成する２つの辺部のうち一方の辺部の直線長さ
Ｄ２：アルミパイプの交差部の角部を構成する２つの辺部のうち他方の辺部の直線長さ
ｎ：アルミパイプの材料のｎ値（加工硬化指数）
【００７２】
ここで、式（１１）のａｖｅ（Ｄ１，Ｄ２）は、Ｄ１とＤ２の平均値を示す。上記の式（１１）は、第１実施形態の式（３）と対応している。従って、式（１１）の導出や意義は、第１実施形態の式（３）と同様である。
【００７３】
本実施形態では、アルミパイプ２０の外壁２５内の内部空間は内リブ２６で４つに仕切られているため、アルミパイプ２０内に挿入するゴム３０は４つ必要である。即ち、内リブ２６で仕切られた各内部空間に１つずつゴム３０を挿入する。
【００７４】
本実施形態の圧子４１の凸部４１ａには内リブ２６に対応した溝部４１ｅが設けられている。そのため、圧子４１の凸部４１ａをアルミパイプ２０内に挿入しても内リブ２６と干渉することなく、ゴム３０を押圧できる。
【００７５】
本実施形態によれば、アルミパイプ２０が内リブ２６を備えるため、アルミパイプ２０の剛性を向上できる。また、アルミパイプ２０の交差部２７ａ〜２７ｄの角部２３ｅ〜２３ｌの形状を式（１０）のように規定することで、交差部２７ａ〜２７ｄの割れを抑制できると共に外壁２５および内リブ２６を拡大変形できる。
【００７６】
（第３実施形態）
図１０Ａ〜１１Ｄは、本発明の第３実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第１，第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１０Ａに示すように、鋼製部品１０はハイテンション鋼からなるチャンネル型の形状である。鋼製部品１０は、底壁１２と、底壁１２から鉛直上方へ延びる２つの側壁１３と、２つの側壁１３からそれぞれ水平方向外側へ延びる上壁１４とを備える。底壁１２には、アルミパイプ２０を挿通可能な穴部１１が設けられている。
【００７８】
図１０Ｂに示すように、アルミパイプ２０は、径方向外側へ拡大変形し、図において上側の端部が押し潰されることで、鋼製部品１０の穴部１１に接合される。このように、アルミパイプ２０を単なる拡管変形させるだけでなく端部を押し潰すことで両部材１０，２０を接合してもよい。
【００７９】
この接合方法を詳細に説明すると、図１１Ａに示すように、鋼製部品１０の穴部１１にアルミパイプ２０を挿通し、アルミパイプ２０の内部にゴム３０を挿入し、プレス装置４０にセットする。ただし、アルミパイプ２０は、内部にゴム３０を挿入された状態で穴部１１に挿通されてもよい。プレス装置４０は、圧子４１および受座４２を備える。圧子４１は平坦な下面４１ｃを有する。受座４２は、平坦な上面４２ｃを有し、上面４２ｃには鋼製部品１０とゴム３０が載置されている。ゴム３０は、アルミパイプ２０に挿入可能な径の円柱形状であり、アルミパイプ２０よりも全長が長いものが使用されている。従って、セットされた状態では、ゴム３０はアルミパイプ２０の上端から部分的に突出している。このため、プレス装置４０がプレスを開始して受座４２と圧子４１が相対的に接近すると、ゴム３０が最初に押圧される。ただし、必ずしもゴム３０はアルミパイプ２０の上端から突出している必要はなく、アルミパイプ２０の上端と面一又は内部に収容されていてもよい。
【００８０】
次に、図１１Ｂに示すように、プレス装置４０によりゴム３０を軸線Ｌ方向に圧縮する。ゴム３０は軸線Ｌ方向の寸法が小さくなるにつれて径方向の寸法が拡大する。このようにゴム３０を軸線Ｌから外側に向けて膨張させ、アルミパイプ２０を拡大変形させる。そして、図１１Ｃに示すように、プレス装置４０によりさらに圧縮することで、アルミパイプ２０をさらに拡大変形させ、同時にアルミパイプ２０の図において上側の端部を鋼製部品１０に向けて折り曲げて押し潰し、鋼製部品１０と接合する。
【００８１】
接合後、図１１Ｄに示すように、プレス装置４０の圧縮力が除去されたゴム３０は、自身の弾性力により元の形状に復元する。従って、ゴム３０をアルミパイプ２０から容易に取り除くことができる。
【００８２】
本実施形態のように、鋼製部品１０の形状はハット型やその他形状であってもよく、特に限定されない。また、プレス装置４０の態様を含む接合の態様も特に限定されず、拡管接合や端部を押し潰した接合など様々に可能である。
【００８３】
（第４実施形態）
図１２Ａ，１２Ｂは、本発明の第４実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第１〜第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図１２Ａに示すように、本実施形態では、型枠４３を使用して鋼製部品１０とアルミパイプ２０を接合する。型枠４３は、アルミパイプ２０と同心の円筒状である。型枠４３は、受座４２と鋼製部品１０の間であって、アルミパイプ２０の外側に配置されている。プレス装置４０にセットされた状態では、アルミパイプ２０と型枠４３の間には隙間が設けられている。この状態で、図１２Ｂに示すように、圧子４１により押圧することで、アルミパイプ２０が拡大変形した際に型枠４３の内面形状になじませることができる。
【００８５】
この方法によれば、型枠４３の内面形状を様々な多角形状にすることができる。形状については、部品性能の観点などから適宜選択すればよい。例えば、アルミパイプ２０が自動車部品の１つであるバンパーステイである場合、型枠４３の内面に微小な凹凸を付与しておけば、アルミパイプ２０にこの微小な凹凸形状が転写され、衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を向上できる。
【００８６】
（第５実施形態）
図１３Ａ，１３Ｂは、本発明の第５実施形態の部材の接合方法について示している。本実施形態において、第１〜第４実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８７】
図１３Ａ，１３Ｂに示すように、本実施形態では、アルミパイプ２０の周囲に拡大変形を部分的に規制する円筒状の外枠金型４４を配置している。外枠金型４４は、接合部の近傍のみ拡大変形するように、接合部近傍において内径が大きく形成された拡径部４４ａを上端に有する。拡径部４４ａ以外の内径はアルミパイプ２０の外径と概略等しい。
【００８８】
外枠金型４４を使用すると、アルミパイプ２０の接合部近傍のみが拡大変形するように拡大変形領域を高精度に制御できる。ここで拡大変形領域とは、アルミパイプ２０が外側に向かって拡大変形した領域をいう。
【００８９】
図１４Ａに示すように、プレス装置４０が備える圧子４１は図において下向きに先細り形状の円錐台形状であってもよい。鋼製部品１０の図において上側に突出したアルミパイプ２０の端部の拡大変形には、高い成形力が必要となる場合がある。そのような場合には、圧子４１により直接的にアルミパイプ２０を変形できる圧子４１の形状が有効である。
【００９０】
図１４Ｂに示すように、成形の終期に、鋼製部品１０の上側に突出したアルミパイプ２０の図において上側の端部がゴム３０を介することなく圧子４１により直接外側へ押し拡げられ、さらには鋼製部品１０へ向かって折り曲げられる。これにより、より強固に接合できる。また、ゴム３０に過度の負荷が作用しないのでゴム３０の耐久性が向上する。
【００９１】
以上より、本発明の具体的な実施形態や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。
【符号の説明】
【００９２】
１  組立体
１０  鋼製部品（第２部材）
１１  穴部
１２  底壁
１３  側壁
１４  上壁  
２０  アルミパイプ（第１部材）
２１ａ，２１ｃ〜２１ｆ  内周面
２１ｂ  外周面
２２ａ〜２２ｌ  Ｒ部
２３ａ〜２３ｌ  角部
２４ａ〜２４ｄ  直線部
２５  外壁
２６  内リブ
２７ａ〜２７ｄ  交差部
３０  ゴム（弾性体）
４０  プレス装置
４１  圧子
４１ａ  凸部
４１ｂ  つば部
４１ｃ  下面
４１ｄ  外枠
４１ｅ  溝部
４２  受座
４２ａ  凸部
４２ｂ  つば部
４２ｃ  上面
４２ｄ  外枠
４３  型枠
４４  外枠金型
４４ａ  拡径部
【図１Ａ】
2018020337.tif 000018
【図１Ｂ】
2018020337.tif 000019
【図２Ａ】
2018020337.tif 000020
【図２Ｂ】
2018020337.tif 000021
【図２Ｃ】
2018020337.tif 000022
【図２Ｄ】
2018020337.tif 000023
【図３】
2018020337.tif 000024
【図４Ａ】
2018020337.tif 000025
【図４Ｂ】
2018020337.tif 000026
【図４Ｃ】
2018020337.tif 000027
【図５】
2018020337.tif 000028
【図６Ａ】
2018020337.tif 000029
【図６Ｂ】
2018020337.tif 000030
【図７Ａ】
2018020337.tif 000031
【図７Ｂ】
2018020337.tif 000032
【図８】
2018020337.tif 000033
【図９Ａ】
2018020337.tif 000034
【図９Ｂ】
2018020337.tif 000035
【図１０Ａ】
2018020337.tif 000036
【図１０Ｂ】
2018020337.tif 000037
【図１１Ａ】
2018020337.tif 000038
【図１１Ｂ】
2018020337.tif 000039
【図１１Ｃ】
2018020337.tif 000040
【図１１Ｄ】
2018020337.tif 000041
【図１２Ａ】
2018020337.tif 000042
【図１２Ｂ】
2018020337.tif 000043
【図１３Ａ】
2018020337.tif 000044
【図１３Ｂ】
2018020337.tif 000045
【図１４Ａ】
2018020337.tif 000046
【図１４Ｂ】
2018020337.tif 000047