(57)【要約】【課題】従来の加工方法に比べて、衝撃吸収体の製造を容易にすること。【解決手段】軸方向に延びる中空の筒体（２）を支持する第１の支持体（１７）と、第１の支持体（１７）から軸方向に離れた位置で筒体（２）を支持する第２の支持体（２７）と、を使用し、第１の支持体（１７）と第２の支持体（２７）とを予め設定された回転角だけ筒体（２）の周方向に沿った回転方向（３７，３７′）に回転させるねじり工程と、第１の支持体（１７）と第２の支持体（２７）とを、軸方向に予め設定された間隔（Ｌ１）分移動させる移動工程と、を繰り返して、筒体（２）が捻られた衝撃吸収体（４２）を製造する衝撃吸収体の製造方法。【選択図】図１
2018187637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる中空の筒体に対して、前記筒体を支持する第１の支持体と、
前記第１の支持体に対して、前記筒体の軸方向に離れた位置で前記筒体を支持する第２の支持体と、
を使用し、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された回転角だけ前記筒体の周方向に沿った回転方向に回転させるねじり工程と、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを、軸方向に予め設定された間隔分移動させる移動工程と、
を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする衝撃吸収体の製造方法。
【請求項２】
前記ねじり工程は、前記筒体の軸方向に対して前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された第１の間隔分あけた状態で、前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された第１の回転角だけ前記筒体の周方向に沿った第１の回転方向に回転させる第１のねじり工程と、前記第１の支持体と前記第２の支持体とを前記第１の回転角だけ前記第１の回転方向とは逆方向に回転させる第２のねじり工程と、を有し、
前記第１のねじり工程、前記移動工程、前記第２のねじり工程、前記移動工程、第１のねじり工程、…を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の回転方向とは逆方向の第２の回転方向に沿って成形された被成形部に応じた内面形状を有する前記第２の支持体を使用して、
前記第１のねじり工程では前記第２の支持体を被成形部に応じてセットすると共に、前記第２のねじり工程では前記第２の支持体を前記第１のねじり工程の場合とは軸方向で逆向きにセットする
ことを特徴とする請求項２に記載の衝撃吸収体の製造方法。
【請求項４】
前記筒体の軸方向に対して、前記第１の支持体と前記第２の支持体との間の筒体の部分を加熱体で加熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の衝撃吸収体の製造方法。
【請求項５】
多角筒により構成された筒体の外面を支持する多角筒状の内面を有する前記第１の支持体および第２の支持体を使用することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の衝撃吸収体の製造方法。
【請求項６】
軸方向に延びる中空の筒体に対して、前記筒体を支持する第１の支持体と、
前記第１の支持体に対して、前記筒体の軸方向に離れた位置で前記筒体を支持する第２の支持体と、
を備え、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された回転角だけ前記筒体の周方向に沿った回転方向に回転させるねじり動作と、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを、軸方向に予め設定された間隔分移動させる移動動作と、
を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする衝撃吸収体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収体の製造装置および衝撃吸収体の製造方法に関し、特に、自動車等に使用されて衝突時の衝撃を吸収可能な衝撃吸収体の製造装置および衝撃吸収体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の軽量化、衝突安全性を確保するために、軽量且つ高剛性な様々な中空の衝撃吸収体が開発されており、特に、オイラー座屈することなく軸方向の圧潰が極力長く続くような車体構造の開発が求められている。このような衝撃吸収体に関して、下記の特許文献１に記載の技術が公知である。
特許文献１（特開２０１１−５８５７９号公報）には、反転らせん型の折り紙構造を用いたエネルギ吸収構造体を自動車のサイドメンバとして使用することが記載されている。特許文献１には、筒状の金属体に予め折り目を付したり、切り欠きや薄肉加工をして折線の位置で折れるように構成することが記載されている。
【０００３】
また、非特許文献１や特許文献２（特開２０１１−１０４６１２号公報）には、金型内に配置された筒状の管の内部に、高圧の流体を導入して、管を金型の内面に沿うように膨らませて変形させることで、管を加工するハイドロフォームと呼ばれる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５８５７９号公報（「００２１」〜「００２２」、「００３７」）
【特許文献２】特開２０１１−１０４６１２号公報（「００３３」〜「００４１」）
【０００５】
【非特許文献１】“自動車部品成形へのチューブハイドロフォーミングの適用”、自動車技術、Vol.57，No.6、(2003)、23-28頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（従来技術の問題点）
特許文献１に記載の技術では、折り目を付したり切り欠き等の加工をしようとしても、折線の数が多く、加工が困難である問題がある。特に、管の軸方向の長さが長くなると、折線の数も飛躍的に増大するため、加工作業が面倒になる問題がある。
非特許文献１や特許文献２に記載のハイドロフォーム法では、剛性の高い金属の加工をしようとすると、流体の圧力を非常に高圧にする必要があり、加工が難しいと共に、費用が高額になる問題もある。特に、管の軸方向の長さが長くなるほど、流体に必要な圧力をかけることが難しくなるとともに、圧力ムラが発生しやすくなり、加工ムラも発生しやすくなる問題もある。したがって、ハイドロフォーム法では、製造装置のサイズに応じた軸方向長さの管しか加工できず、任意のサイズの衝撃吸収体の加工ができない問題もある。
【０００７】
本発明は、従来の加工方法に比べて、衝撃吸収体の製造を容易にすることを技術的課題とする。
また、本発明は、軸方向の長さが任意の衝撃吸収体を製造可能にすることを第２の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の衝撃吸収体の製造方法は、
軸方向に延びる中空の筒体に対して、前記筒体を支持する第１の支持体と、
前記第１の支持体に対して、前記筒体の軸方向に離れた位置で前記筒体を支持する第２の支持体と、
を使用し、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された回転角だけ前記筒体の周方向に沿った回転方向に回転させるねじり工程と、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを、軸方向に予め設定された間隔分移動させる移動工程と、
を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の衝撃吸収体の製造方法において、
前記ねじり工程は、前記筒体の軸方向に対して前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された第１の間隔分あけた状態で、前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された第１の回転角だけ前記筒体の周方向に沿った第１の回転方向に回転させる第１のねじり工程と、前記第１の支持体と前記第２の支持体とを前記第１の回転角だけ前記第１の回転方向とは逆方向に回転させる第２のねじり工程と、を有し、
前記第１のねじり工程、前記移動工程、前記第２のねじり工程、前記移動工程、第１のねじり工程、…を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の衝撃吸収体の製造方法において、
前記第１の回転方向とは逆方向の第２の回転方向に沿って成形された被成形部に応じた内面形状を有する前記第２の支持体を使用して、
前記第１のねじり工程では前記第２の支持体を被成形部に応じてセットすると共に、前記第２のねじり工程では前記第２の支持体を前記第１のねじり工程の場合とは軸方向で逆向きにセットする
ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の衝撃吸収体の製造方法において、
前記筒体の軸方向に対して、前記第１の支持体と前記第２の支持体との間の筒体の部分を加熱体で加熱することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の衝撃吸収体の製造方法において、
多角筒により構成された筒体の外面を支持する多角筒状の内面を有する前記第１の支持体および第２の支持体を使用することを特徴とする。
【００１３】
前記技術的課題を解決するために、請求項６に記載の発明の衝撃吸収体の製造装置は、
軸方向に延びる中空の筒体に対して、前記筒体を支持する第１の支持体と、
前記第１の支持体に対して、前記筒体の軸方向に離れた位置で前記筒体を支持する第２の支持体と、
を備え、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを予め設定された回転角だけ前記筒体の周方向に沿った回転方向に回転させるねじり動作と、
前記第１の支持体と前記第２の支持体とを、軸方向に予め設定された間隔分移動させる移動動作と、
を繰り返して、筒体が捻られた衝撃吸収体を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、６に記載の発明によれば、折り目を形成する加工をする場合やハイドロフォーム法と異なり、筒体を捻るだけで衝撃吸収体を作ることができ、従来の加工方法に比べて、衝撃吸収体の製造を容易にすることができる。また、請求項１、６に記載の発明によれば、長い衝撃吸収体を作製することが困難なハイドロフォーム法に比べて、順に捻っていくことで軸方向の長さが任意の衝撃吸収体を製造可能にすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、反転ねじり型の衝撃吸収体を作製することができ、反転らせん型の構造物と同等以上の能力を有する衝撃吸収体を提供可能である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、第２の支持体の軸方向を入れ替えるだけで第１のねじり工程と第２のねじり工程を行うことができ、別個に設ける場合に比べて、費用を低減できる。
請求項４に記載の発明によれば、加熱体で加熱しない場合に比べて、捻る際に必要な力を低減することができると共に、筒体の内側に金型を配置する必要もなくなる。
請求項５に記載の発明によれば、円筒を使用する場合に比べて、多角筒の角が支持体に引っかかって支持体との間で滑りが発生しにくく、精度良く衝撃吸収体を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施例１の衝撃吸収体の製造装置の説明図である。
【図２】図２は実施例１の衝撃吸収体の製造装置の金型、治具および支持基板の説明図である。
【図３】図３は実施例１の第１の支持体の説明図であり、図３Ａは軸方向から見た図、図３Ｂは図３Ａの矢印ＩＩＩＢ方向から見た図である。
【図４】図４は実施例１の金型の説明図であり、図４Ａは第１の金型片の斜視図、図４Ｂは図４Ａの矢印ＩＶＢ方向から見た図、図４Ｃは図４Ａの矢印ＩＶＣ方向から見た図、図４Ｄは第２の金型片の斜視図、図４Ｅは図４Ｄの矢印ＩＶＥ方向から見た図、図４Ｆは図４Ｄの矢印ＩＶＦ方向から見た図である。
【図５】図５は実施例１の衝撃吸収体の製造工程の説明図であり、図５Ａは筒体が未成形の状態の説明図、図５Ｂは図５Ａの状態から１段分成形された状態の説明図、図５Ｃは図５Ｂの状態からさらに１段分成形された状態の説明図、図５Ｄは図５Ｃの状態からさらに１段分成形された状態の説明図、図５Ｅは図５Ｄの状態からさらに１段分成形された状態の説明図である。
【図６】図６は治具と金型の別の形態の説明図であり、図６Ａは筒体を保持した状態の説明図、図６Ｂは筒体の支持を緩めた状態の説明図である。
【図７】図７は成形した成形品の形状と肉厚分布のコンター図であり、図７Ａはハイドロフォーミング成形法でつくられた反転らせん型円筒折紙構造物の説明図、図７Ｂは実施例の逐次捻り法で作成された構造物の説明図である。
【図８】図８は現行の自動車で使用されているエネルギー吸収材の説明図である。
【図９】図９は荷重を加えた場合の部分座屈部位の解析モデルの説明であり、図９Ａは反転らせん型構造物の説明図、図９Ｂは反転ねじり型構造物の説明図である。
【図１０】図１０は図９の解析結果のミーゼス応力分布の説明図であり、図１０Ａは反転らせん型構造物の解析結果の説明図、図１０Ｂは反転ねじり型構造物の解析結果の説明図である。
【図１１】図１１は図９の解析における軸方向に沿った歪み分布のグラフであり、横軸に歪分布を取り、縦軸に歪みを取ったグラフである。
【図１２】図１２は従来のオイラー座屈の説明図である。
【図１３】図１３は図９の解析における静剛性と角度の関係の説明図であり、横軸に捻り角度、縦軸に静剛性を取ったグラフである。
【図１４】図１４は解析における圧潰変形の様子の説明図であり、図１４Ａは反転らせん型構造物の解析結果の説明図、図１４Ｂは反転ねじり型構造物の解析結果の説明図である。
【図１５】図１５は圧潰変形の過程における荷重−変位特性の説明図であり、横軸に変位をとり、縦軸に力を取ったグラフである。
【図１６】図１６は圧潰変形の過程におけるエネルギー−変位特性の説明図であり、横軸に変位をとり、縦軸にエネルギー吸収量を取ったグラフである。
【図１７】図１７は圧潰過程の説明図であり、図１７Ａは圧潰変型が６０ｍｍの場合の説明図、図１７Ｂは圧潰変型が１２２ｍｍの場合の説明図、図１７Ｃは圧潰変型が２５４ｍｍの場合の説明図である。
【図１８】図１８は表１である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１の衝撃吸収体の製造装置の説明図である。
図１において、本発明の実施例１の衝撃吸収体の製造装置１は、筒体２の搬送方向の上流側に配置された第１の支持部の一例としての上流部３と、下流側に配置された第２の支持部の一例としての下流部４とを有する。
なお、実施例１では、筒体２の一例として、六角筒状の鉄パイプが使用されている。また、筒体２は、軸方向に搬送され、搬送方向は、水平方向に設定されている。
上流部３は、第１の台座１１を有する。第１の台座１１の上部には、複数の支持部材１２が支持されている。支持部材１２は、筒体２の軸方向および軸方向に垂直な水平方向に間隔をあけて合計４つ配置されている（図１には手前の２つのみ図示）。実施例１の支持部材１２は、上面に回転する滑車（ロール）が配置されている。
【００１９】
支持部材１２には、第１のサポータ１３が支持されている。第１のサポータ１３は中空の円筒状に形成されている。また、実施例１の第１のサポータ１３の外面には、支持部材１２に対応する位置にリング状の溝１３ａが形成されている。したがって、リング状の溝１３ａに支持部材１２が嵌った状態で、第１のサポータ１３が軸方向を中心として回転可能に支持されている。
【００２０】
実施例１の第１のサポータ１３の外表面には、回転力付与部の一例としてのハンドル１５が支持されている。したがって、ハンドル１５を操作して、作業者が手動で第１のサポータ１３を周方向に回転させることが可能である。なお、実施例１では、第１のサポータ１３を手動で回転させる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、モータやギア等を組み合わせて自動で回転させる構成とすることも可能である。また、手動で回転させる場合には、第１のサポータ１３が所定の回転角度（実施例１では５°：第１の回転角）回転した場合に接触するストッパを、第２のサポータ２３（後述）やハンドル１５、台座１１等の何処かに設けて、目的の回転角度分回転させると回転が停止するように構成することが望ましい。
【００２１】
図２は実施例１の衝撃吸収体の製造装置の金型、治具および支持基板の説明図である。
図１において、第１のサポータ１３の端（筒体２の搬送方向の下流端）には、第１の支持基板１４が支持されている。図２において、実施例１の第１の支持基板１４は、円板状に形成されている。第１の支持基板１４の中央部には、貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａの外側には、治具位置決め部の一例としての治具位置決め棒１４ｂが１２０°間隔で３つ配置されている。実施例１の治具位置決め棒１４ｂは、軸方向に突出する棒状に形成されている。治具位置決め棒１４ｂの外側には、円板の外周に沿って被固定孔１４ｃが形成されている。被固定孔１４ｃを貫通する図示しないボルトで、第１の支持基板１４は第１のサポータ１３に固定支持される。
【００２２】
前記第１の支持基板１４には、第１の治具１６が支持される。実施例１の第１の治具１６は、円筒状の治具本体１６ａを有する。治具本体１６ａの中央には、金型支持部の一例として、六角形状の金型支持孔１６ｂが形成されている。金型支持孔１６ｂの上流端には、孔の内側に段差状に突出する段差部１６ｃが形成されている。
また、治具本体１６ａの外周には、治具位置決め棒１４ｂに対応する位置に、被位置決め部１６ｄが形成されている。被位置決め部１６ｄは、径方向外側に延びる凸条状に形成されており、被位置決め部１６ｄの中央部には、治具位置決め棒１４ｂが貫通して位置決めされる溝部１６ｅが形成されている。
なお、実施例１の第１の治具１６は、１２０度分で分割された３つの治具片１６ｆが組み合わされて構成されており、３つの治具片１６ｆは同一形状に形成されている。そして、３つの治具片１６ｆの周方向の端部には、フランジ部１６ｇが形成されており、フランジ部１６ｇどうしをボルト等で固定することも可能である。
【００２３】
図３は実施例１の第１の支持体の説明図であり、図３Ａは軸方向から見た図、図３Ｂは図３Ａの矢印ＩＩＩＢ方向から見た図である。
図４は実施例１の金型の説明図であり、図４Ａは第１の金型片の斜視図、図４Ｂは図４Ａの矢印ＩＶＢ方向から見た図、図４Ｃは図４Ａの矢印ＩＶＣ方向から見た図、図４Ｄは第２の金型片の斜視図、図４Ｅは図４Ｄの矢印ＩＶＥ方向から見た図、図４Ｆは図４Ｄの矢印ＩＶＦ方向から見た図である。
【００２４】
図２において、第１の治具１６の金型支持孔１６ｂには、第１の支持体の一例として、第１の金型１７が支持されている。図２、図３、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、第１の金型１７は、外形が金型支持孔１６ｂの内形に対応して六角筒状に形成されている。また、第１の金型１７には、段差部１６ｃに対応して径が小さい定位階段部１７ａが形成されている。したがって、第１の金型１７が軸方向で正しい向きに設置された場合は、段差部１６ｃと定位階段部１７ａとが嵌まり合い、軸方向の位置が精度良く定められる。なお、実施例１では、段差部１６ｃに対して定位階段部１７ａが逆向きに装着された場合は、段差部１６ｃが第１の金型１７の端部に接触して奥まで嵌まらないようになっている（誤装着防止）。
なお、図４において、定位階段部１７ａ（，２７ａ）の図示は省略されている。
【００２５】
第１の金型１７の中央部には、筒体２の外形に対応して六角柱状の貫通孔１７ｂが形成されている。したがって、実施例１の第１の金型１７は、筒体２の未成形部部分を保持可能に構成されている。
実施例１の第１の金型１７は、第１の治具１６と同様に、３つの同一形状の金型片１７ｃが組み合わされて構成されている。なお、実施例１では、太さや形状（六角筒でなく、四角筒や五角筒等）が異なる筒体２の成形を行う場合には、第１の金型１７のみ筒体２のサイズに応じて変更すればよく、第１の治具１６等は共通して使用可能である。
【００２６】
図１において、下流部４は、上流部３と同様に構成された台座２１を有する。台座２１には、支持部材２２が支持されている。支持部材２２には、第２のサポータ２３が支持されている。下流部４の支持部材２２は、上流部３の支持部材１２と異なり、第２のサポータ２３を固定支持、すなわち、回転不能に支持する。
【００２７】
第２のサポータ２３には、第１の支持基板１４および第１の治具１６と同様に構成された第２の支持基板２４および第２の治具２６が支持されている。
第２の治具２６には、第２の支持体の一例としての第２の金型２７が支持される。なお、実施例１の第２の治具２６には、第１の金型１７も装着可能に構成されている。図４Ｄ〜図４Ｆにおいて、実施例１の第２の金型２７は、第１の金型１７と異なり、貫通孔２７ｂの内形の稜線２７ｂ１が軸方向に対して傾斜する形状、いわば、捻れた六角筒状に形成されている。なお、実施例１では、稜線の軸方向に対する傾斜角は、後述する筒体２の成形済みの部分の稜線の傾斜角に対応して５°に設定されている。
【００２８】
また、第１の金型１７では、定位階段部１７ａが軸方向の一端側にのみ形成されているが、第２の金型２７では、定位階段部２７ａが軸方向の両端部に形成されている。なお、第１の金型１７でも軸方向の両端部に定位階段部１７ａを形成することも可能である。また、定位階段部１７ａ，２７ａは設けることが望ましいが、別の構成で軸方向の位置決めが可能であれば、設けない構成とすることも可能である。
【００２９】
図１において、実施例１の衝撃吸収体の製造装置１では、上流部３と下流部４との間に、加熱体３１が支持されている。加熱体３１は、一例として、公知の高周波誘導加熱装置を使用可能である。すなわち、筒体２の軸方向に対して、螺旋状に導線が巻かれたコイルに対して高周波交流電圧を印加して、筒体２を加熱可能な高周波誘導加熱装置を使用可能である。なお、加熱体３１は、高周波誘導加熱装置に限定されず、例えば、バーナーを使用したり、赤外線を照射して加熱する装置等、任意の構成を採用可能である。また、加熱体３１で筒体２を加熱する温度は、筒体２を構成する材料により異なるが、筒体２として鉄パイプを使用する場合は、筒体２の温度を９５０℃程度に加熱することが好適である。なお、筒体２の温度は、赤外線温度計等の公知の温度計を使用して非接触で測定することが可能である。
【００３０】
図５は実施例１の衝撃吸収体の製造工程の説明図であり、図５Ａは筒体が未成形の状態の説明図、図５Ｂは図５Ａの状態から１段分成形された状態の説明図、図５Ｃは図５Ｂの状態からさらに１段分成形された状態の説明図、図５Ｄは図５Ｃの状態からさらに１段分成形された状態の説明図、図５Ｅは図５Ｄの状態からさらに１段分成形された状態の説明図である。
実施例１の衝撃吸収体の製造装置１では、まず、筒体２に対して、予め設定された間隔Ｌ１をあけて一対の第１の金型１７をセットする。そして、各金型１７，１７を治具１６，２６を介して、サポータ１３，２３に支持する（支持動作、支持工程）。
次に、加熱体３１により、金型１７，１７の間の被成形部３６を加熱する（加熱動作、加熱工程）。
【００３１】
被成形部３６が所定の温度まで加熱された後、ハンドル１５を操作して、第１のサポータ１３を第１の回転方向３７に所定角度（実施例１では５°）回転させる。これにより、被成形部３６が捻られて、軸方向に対して所定角度傾斜する稜線３８や溝３９が形成される（捻り動作、捻り工程、第１の捻り動作、第１の捻り工程）。なお、実施例１では、この捻り（以下、「順捻り」と呼ぶ）で形成される稜線３８や溝３９は、六角形状の筒体２の六本の稜線３８ａに加えて、稜線３８ａ間を斜めに繋ぐ稜線３８ｂと、稜線３８ａ，３８ｂ間の凹みより構成された溝３９からなる。
図５Ａ、図５Ｂにおいて、次に、筒体２に対して第１の金型１７，１７の保持を緩める、または、取り外す（支持緩和動作、支持緩和工程）。
そして、筒体２を搬送方向４１に間隔Ｌ１だけ送る（移動動作、移動工程）。
【００３２】
次に、被成形部３６に対応する位置に第２の金型２７をセットし、第２の金型２７から間隔Ｌ１離れた位置に第１の金型１７がセットされる。そして、各金型１７，２７をサポータ１３，２３に支持する（支持動作、支持工程）。
次に、加熱体３１により、金型１７，２７の間の被成形部３６−２を加熱する（加熱動作、加熱工程）。
被成形部３６−２が所定の温度まで加熱された後、ハンドル１５を操作して、第１のサポータ１３を第２の回転方向３７′に回転させる。これにより、被成形部３６−２が、被成形部３６とは逆方向に捻られて、軸方向に対して逆方向に傾斜する稜線３８−２や溝３９−２が形成される（捻り動作、捻り工程、第２の捻り動作、第２の捻り工程）。なお、この逆方向の捻り（以下、「逆捻り」と呼ぶ）で形成された稜線３８−２や溝３９−２は、順捻りで形成された稜線３８や溝３９とは、傾斜方向が逆なだけで同様な稜線、溝で構成される。
【００３３】
次に、筒体２に対して金型１７，２７の保持を緩める、または、取り外す（支持緩和動作、支持緩和工程）。
図５Ｂ、図５Ｃにおいて、筒体２を搬送方向４１に間隔Ｌ１だけ送る（移動動作、移動工程）。
次に、被成形部３６−２に対応する位置に第２の金型２７をセットする。このとき、第２の金型２７は、被成形部３６−２に合わせて、直前の支持工程の場合とは、軸方向で逆向きに装着する。そして、第２の金型２７から間隔Ｌ１離れた位置に第１の金型１７をセットする。そして、各金型１７，２７をサポータ１３，２３に支持する（支持動作、支持工程）。
【００３４】
次に、加熱体３１により、金型１７，２７の間の被成形部３６−３を加熱する（加熱動作、加熱工程）。
被成形部３６−３が所定の温度まで加熱された後、ハンドル１５を操作して、第１のサポータ１３を第１の回転方向３７に回転させる。これにより、被成形部３６−３が、被成形部３６―２とは逆方向に捻られて、軸方向に対して逆方向に傾斜する稜線３８や溝３９が形成される（捻り動作、捻り工程、第１の捻り動作、第１の捻り工程）。なお、順捻りで形成された稜線３８、溝３９は、前々回の捻り動作（前回の第１の捻り動作）で形成された稜線３８、溝３９と同様である。
【００３５】
以下、同様に、支持緩和工程、移動工程、支持工程、加熱工程、第２の捻り工程、…を繰り返すことで、図５Ｃ〜図５Ｅに示すように、軸方向に沿って順に成形されていく。そして、筒体２が成形された衝撃吸収体４２が作製される。
【００３６】
したがって、実施例１の衝撃吸収体の製造装置１では、筒体２を順に捻っていくことで（軸方向に逐次加工していくことで）、反転螺旋型の折線に似た稜線３８，３８−２および溝３９，３９−２を有する衝撃吸収体４２が作製される。したがって、折り目や切り欠きを形成する加工を行う場合に比べて、衝撃吸収体４２を簡易かつ低コスト、短時間で作製が可能である。
また、実施例１の衝撃吸収体の製造装置１では、従来のハイドロフォーム法に比べて、流体の圧力をかける構成が必要なく、低コストで衝撃吸収体の製造装置１を作成でき、衝撃吸収体４２の製造費用も削減できる。また、ハイドロフォーム法では、軸方向の長さの長いものを作製することが困難であったが、実施例１の衝撃吸収体の製造装置１では、工程を繰り返すだけで、短いものから長いものまで任意の長さの衝撃吸収体４２を作製可能である。
【００３７】
さらに、実施例１では、捻り工程の前に加熱体３１で加熱を行っている。加熱を行わずに筒体２を捻ろうとすると、捻るための力、トルクが大きくなる問題があるが、実施例１では、加熱しない場合に比べて弱い力、トルクで成形を行うことができる。よって、作業者への負担が減ったり、モータ等を使用して捻る場合は、モータの負荷を低減可能であり、容量の小さい低コストのモータを使用することも可能となる。
また、加熱を行わずに筒体２を捻ろうとすると、稜線３８，３８−２および溝３９，３９−２が図５Ｅに示すようにきれいに形成されず、分断された稜線や溝となったり、複数の細かい稜線が形成され、衝撃吸収体としての性能が低下する場合がある。この場合、筒体２の内側に金型を入れることで対応も可能である。しかし、金型を使用すると、筒体２の内側に金型を出し入れする工程が増える問題もある。これらに対して、実施例１では、加熱体３１で加熱してから捻っており、稜線３８，３８−２および溝３９，３９−２がきれいに形成できると共に、内側の金型も必要なくなり、高品質の衝撃吸収体４２を低コストで作製可能である。
【００３８】
さらに、実施例１では、治具１６，２６や金型１７，２７は、３つ割の構成となっており、各治具片１６ｆ，２６ｆや金型片１７ｃ，２７ｃは同一形状に形成されている。治具や金型を分割せずに１つのピースで作成しようとすると、孔１６ｂ，２６ｂ，１７ｂ，２７ｂを精度良く作成することが難しく、高精度の加工を行うと費用が増大する問題もある。これに対して、実施例１では、同一形状の治具片１６ｆ，２６ｆや金型片１７ｃ，２７ｃを組み合わせて治具１６，２６や金型１７，２７を構成しており、精度を確保しつつ、コストの増大も抑制される。
【００３９】
（別の形態の説明）
図６は治具と金型の別の形態の説明図であり、図６Ａは筒体を保持した状態の説明図、図６Ｂは筒体の支持を緩めた状態の説明図である。
実施例１では、第２の金型２７を軸方向で反転させる際に、一度筒体２から外して付け替える構成を例示したが、これに限定されない。図６において、第２の金型片２７ｃのそれぞれに、第２の治具片２６ｆを貫通する回転軸５１を設けておき、回転軸５１に駆動源の一例としてのモータＭ１から駆動が伝達可能に構成することが可能である。この時、第２の治具片２６ｆに、第２の治具２６で筒体２を締めた状態（図６Ａ）と、緩めた状態（図６Ｂ）との間で移動可能な締結機構５２を設けることも可能である。図６の締結機構５２は、フレーム５３のネジ孔５３ａにネジ嵌合するロックボルト５４を有する。ロックボルト５４には、ギア部５６が設けられている。ギア部５６には、駆動源の一例としてのモータＭ２から駆動が伝達可能に構成されている。
【００４０】
したがって、モータＭ２の正逆回転に伴って、フレーム５３に対して、ロックボルト５４が回転軸５１の軸方向に移動する。よって、ロックボルト５４に押されて、第２の治具２６が筒体２を支持した状態（図６Ａ）と、離れた状態（図６Ｂ）との間で移動可能である。そして、第２の治具２６が筒体２から離間した状態で、モータＭ１を１８０°分回転させると、第２の金型片２７ｃが軸方向に反転可能である。なお、この時、筒体２を、搬送装置で、筒体２の軸方向に所定距離Ｌ１送ることも可能である。
そして、第２の金型片２７ｃが軸方向に反転後、モータＭ２が駆動されてロックボルト５４が筒体２側に移動すると、ロックボルト５４が第２の治具片２６ｆおよび内側の第２の金型片２７ｃを押して、筒体２を支持可能である。
よって、図６に示すように、第２の金型２７の方向の入れ替えや、筒体２の支持、緩和を自動で行うことも可能である。
【００４１】
図７は成形した成形品の形状と肉厚分布のコンター図であり、図７Ａはハイドロフォーミング成形法でつくられた反転らせん型円筒折紙構造物の説明図、図７Ｂは実施例の逐次捻り法で作成された構造物の説明図である。
図７Ａにおいて、ハイドロフォーミング成形法でつくられた反転らせん型円筒折紙構造物の折線輪郭が比較的鮮明となっていることに対して、図７Ｂに示すように、実施例の逐次捻り法でつくられた反転ねじり型構造物（衝撃吸収体４２）の稜線３８や溝３９の輪郭に丸みが付いている違いが容易に見える。
【００４２】
図７Ａ、図７Ｂに示す２種類の成形品の板厚分布傾向は同じである。しかし、実施例では張り出し成形しないため、図７Ｂに示す実施例の反転ねじり型構造物の平均板厚は１．０１０ｍｍであり、全体的に、ハイドロフォーミング成形法でつくられた反転らせん型構造（図７Ａ）の平均板厚０．９４３ｍｍより厚く、元の板厚１．０ｍｍに近い。
図７Ｂの反転ねじり型構造物の最小板厚は０．８９０ｍｍで、元の板厚より２１％減少している。一方、図７Ａに示す反転らせん型構造物の最小板厚は０．８２０ｍｍで、元の板厚より２８％減少している。両方の最小板厚を比較すれば、実施例の逐次捻り法のほうが成形過程においてき裂が比較的生じにくく、より安定的に成形できる。
【００４３】
一方、２つの加工法に必要な加工エネルギーを比較するため、同じ寸法と板厚の８段の反転らせん型構造物（従来）と反転ねじり型構造物（実施例）の成形過程をそれぞれ解析した。解析では、型締めおよび塑性成形にかかるエネルギーを計算した。ハイドロフォーミング成形法では１．６４×１０６［Ｊ］のエネルギーが必要であることに対して、逐次捻り法では０．９２６×１０６［Ｊ］のエネルギーしか要しなかった。したがって、実施例の逐次捻り法では、約４３．５４％の加工エネルギーの節約が実現できる。よって、逐次捻り法の優位性は明らかである。
更に、ハイドロフォーミング成形法には、高圧の油圧システムなど複雑な加工設備が必要であることに対して、逐次捻り法に必要な加工設備は非常に簡単で、産業界への実用展開にも有利である。
【００４４】
（実施例の反転ねじり型構造物の圧潰特性）
図８は現行の自動車で使用されているエネルギー吸収材の説明図である。
図８において、現行の矩形断面の自動車のエネルギー吸収材では、オイラー座屈が生じ易いために、座屈波形を求め、確実に座屈波形の腹と節で折れ曲がるようビードと呼ばれる切り欠きやスリットが設けられている（例えば、米国特許第５０４８３４５号公報等参照）。
検証のため、反転らせん型（従来例）と反転ねじり型（実施例）の基本構成要素として、それぞれの２段の部分構造だけを取り出し、軸方向に沿って静的な荷重を加え応力分布を解析し、応力集中に対応する部分座屈部位を検討する。
【００４５】
図９は荷重を加えた場合の部分座屈部位の解析モデルの説明であり、図９Ａは反転らせん型構造物の説明図、図９Ｂは反転ねじり型構造物の説明図である。
図１０は図９の解析結果のミーゼス応力分布の説明図であり、図１０Ａは反転らせん型構造物の解析結果の説明図、図１０Ｂは反転ねじり型構造物の解析結果の説明図である。
図１１は図９の解析における軸方向に沿った歪み分布のグラフであり、横軸に歪分布を取り、縦軸に歪みを取ったグラフである。
【００４６】
図９に示す２種類の構造物の解析では、両方とも、板厚１ｍｍ、周長１５０ｍｍの鋼材とし、底辺に単純支持の境界条件を設定して、上辺にかける荷重は一様分布の荷重合わせて２ＫＮとする。
応力分布の解析結果を図１０、図１１に示す。図１０、図１１において、両者の応力分布は似ており、ほぼ同じ位境界部に応力が集中しその部分のひずみが大きくなり、そこから座屈しわが発生することが容易に観察できる。よって、実施例の反転ねじり型構造物は、従来の反転らせん型構造物と同様に段に分ける部位から先に座屈しわが発生し、軸方向に沿って順番に座屈しわを重ねてアコーディオン型の座屈変形を進行して行くことが判る。
【００４７】
（吸収エネルギー比較）
図１２は従来のオイラー座屈の説明図である。
反転ねじり型円構造物（実施例）のねじり角度から衝突エネルギー吸収量に大きく影響することが考えられる。捩じり角度を小さくすればするほど、衝突変形に対する抵抗反力は大きくなり、衝突エネルギー吸収性能の向上に有利になる。しかし、捩じり角度をあまり小さくすれば、構造物自体は正多角形断面の直筒薄肉構造に近づく。よって、反転らせん型構造物（従来例）のような構造のもつ圧潰しわを誘導する効果が失われてしまい、オイラー座屈モードが生じることにより、図１２に示すように横へ折り曲がる変形をし、衝突エネルギー吸収量が大きく落ちる恐れがある。
【００４８】
図１３は図９の解析における静剛性と角度の関係の説明図であり、横軸に捻り角度、縦軸に静剛性を取ったグラフである。
逆に、捩じり角度が大きくなると軸方向に沿う圧潰反力が小さくなることによって衝突エネルギー吸収性能が低減する可能性が生じてくる。ここで、適切な捩じり角度を検討するため、図９に示す静解析モデルに対して、捩じり角度を変えながら圧縮変位を求めた。
捩じり角度と静剛性（静荷重／圧縮変位）のグラフを図１３に示す。図１３において、捩じり角度が５度より小さい場合、反転ねじり型構造物の静剛性はほぼ一定で、５度を超えると静剛性は急に大幅に下がる傾向を示している。したがって、圧潰反力を大きくするように捩じり角度を小さくすることと、圧潰変形をアコーディオン型になるように捩じり角度を大きくすることと、双方のバランスを取るように考慮すると、捩じり角度を５度とすることが好適である。よって、実施例では、捩じり角度を５°とした。
【００４９】
図１４は解析における圧潰変形の様子の説明図であり、図１４Ａは反転らせん型構造物の解析結果の説明図、図１４Ｂは反転ねじり型構造物の解析結果の説明図である。
図１４において、両者の圧潰変形はよく似ており、横へ折り曲がることはなく、折線（稜線、溝）に誘導され、折れ曲がりが生じることによって、座屈しわが順番に積み重なってアコーディオン型の圧潰変形モードになることが判る。最も理想的な衝突エネルギー吸収変形パターンは、衝突される際に、最初の座屈しわが生じる初期ピーク衝突力を出来るだけ低く抑えて、横へ折れ曲がらない圧潰変形を出来るだけ長く続けると同時に、圧潰反力を出来るだけ一定に保つことと考えられる。
【００５０】
図１５は圧潰変形の過程における荷重−変位特性の説明図であり、横軸に変位をとり、縦軸に力を取ったグラフである。
図１５より、圧潰変形の過程において、２種類の構造物の抵抗反力は、座屈しわが生じるとともに多少波打ちしたりしているが、構造全長の３７５ｍｍに対して、３２０ｍｍ（約８５％）までほぼフラットな圧潰反力を保ち続けることが確認できる。
【００５１】
図１６は圧潰変形の過程におけるエネルギー−変位特性の説明図であり、横軸に変位をとり、縦軸にエネルギー吸収量を取ったグラフである。
図１７は圧潰過程の説明図であり、図１７Ａは圧潰変型が６０ｍｍの場合の説明図、図１７Ｂは圧潰変型が１２２ｍｍの場合の説明図、図１７Ｃは圧潰変型が２５４ｍｍの場合の説明図である。
図１６に示すのは圧潰過程において、圧潰変形長さＬは０〜１２０ｍｍの初期段階（全長の１／３程度）では、反転らせん型構造物（従来例）の衝突エネルギー吸収量はやや多いが、１２０ｍｍ以後、反転ねじり型構造物（実施例）のエネルギー吸収量は逆転して大きくなっている。この現象を調べるため、図１７に示すように、圧潰変形が、Ｌａ＝６０ｍｍ、Ｌｂ＝１２２ｍｍ、Ｌｃ＝２５４ｍｍに進展した時の構造変形の様子を取り出した。なお、図１７の左側には本発明の反転ねじり型円構造物、右側には反転らせん型構造物（従来例）を示している。
【００５２】
圧潰変形が６０ｍｍに進展した初期段階では、反転ねじり型（実施例）のほうは湾曲な側面に起因し柔軟な特性を示し、反転らせん型（従来例）より比較的多く座屈しわが発生している。よって、衝突力の初期ピーク値が抑えられ、衝突エネルギーの初期吸収量もやや低くなる。ただし、初期段階を超えてから、反転ねじり型（実施例）の衝突エネルギー吸収量は段々多くなって来て、圧潰変形が１２２ｍｍに進展した時に、反転らせん型（従来例）の衝突エネルギー吸収量を超えて、その後ずっと最後まで高いエネルギー吸収性能を保ち続けている。よって、座屈しわが生じるパターンも反転らせん型（従来例）の１カ所に座屈しわが集中するパターンと違い、実施例の反転ねじり型では、軸方向に沿ってより分散するように座屈しわが発生する傾向が見える。
【００５３】
従って、反転らせん型構造物（従来例）の衝突エネルギー吸収性能と比べて、本発明の反転ねじり型構造物のほうは、衝突の初期段階では、より柔軟に初期ピーク衝突力を抑えて、初期の衝突による傷害を緩和される効果があると考えられる。反転ねじり型構造物では、更に衝突変形の進展に伴い、徐々に衝突エネルギー吸収量も増加する。この特性は、衝突エネルギー吸収体として非常に重要である。
【００５４】
ここで、両者の衝突エネルギー吸収性能を比較するため、圧潰反力のピーク値ＰＲＦ（Peak Reaction Force）と、以下の式（１）に示す衝突荷重効率値ＣＦＥ（Crush Force Efficiency）と、以下の式（２）に示す単位質量あたり衝突エネルギー吸収量（SEA-specific energy absorption）を使い詳しく検討する。
ＣＦＥ＝（Ｆｍｅａｎ／Ｆｐｅａｋ）×１００％  …式（１）
ＳＥＡ＝（Ｅａｂｓｏｒｐ／Ｍ）  …式（２）
ここで、Ｆｍｅａｎは圧潰反力の平均値、Ｆｐｅａｋは圧潰反力のピーク値、 Ｅａｂｓｏｒｐは衝突エネルギー吸収量、Ｍは構造質量である。同条件で２種類の折紙構造の圧潰過程における衝突エネルギー吸収性能を比較し、その結果を表１にまとめる。
【００５５】
図１８は表１である。
図１８に示す表１において、実施例の反転ねじり型構造物は、反転らせん型構造物と比べて、圧潰反力のピーク値ＰＲＦは７．２１％低く、衝突荷重効率値ＣＦＥは１０．６６％高く、単位質量あたりのエネルギー吸収量ＳＥＡは９．９７％高く全てで上回っている。十分、自動車構造に採用される能力を有することが確認された。
【００５６】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、治具１６，２６と金型１７，２７を別個に構成する場合を例示したが、これに限定されない。治具と金型を一体成型することも可能である。
また、実施例では、第２のサポータ２３を第１の回転方向３７、第２の回転方向３７′に交互に捻る構成を例示したが、これに限定されない。同一の回転方向に逐次捻っていく構成とすることも可能である。
【００５７】
さらに、実施例では、第１のサポータ１３は固定して、第２のサポータ２３を回転させる構成を例示したがこれに限定されない。両方を回転させることも可能であるし、第２のサポータ２３を固定して、第１のサポータ１３の側を回転させることも可能である。すなわち、第１の金型１７と第２の金型２７との間で相対的に回転をさせて捻ることが可能であれば、任意の構成を採用可能である。
また、実施例では、多角筒状の筒体２を使用する場合を例示したがこれに限定されない。例えば、楕円筒状や円筒状、断面星型や台形状、菱形等の筒体を使用することも可能である。なお、円筒を使用する場合は、捻る際に金型と円筒との間で滑る恐れがあるため、円筒と金型に突起と溝のように引っ掛かる部分を設けて、捻る力が伝わりやすい構成を付加することが望ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１…衝撃吸収体の製造装置、
２…筒体、
１７…第１の支持体、
２７…第２の支持体、
３１…加熱体、
３６，３６−２，３６−３…被成形部、
３７…第１の回転方向、
３７，３７′…回転方向、
４２…衝撃吸収体、
Ｌ１…予め設定された間隔，第１の間隔分。
【図１】
2018187637.tif 000003
【図２】
2018187637.tif 000004
【図３】
2018187637.tif 000005
【図４】
2018187637.tif 000006
【図５】
2018187637.tif 000007
【図６】
2018187637.tif 000008
【図７】
2018187637.tif 000009
【図８】
2018187637.tif 000010
【図９】
2018187637.tif 000011
【図１０】
2018187637.tif 000012
【図１１】
2018187637.tif 000013
【図１２】
2018187637.tif 000014
【図１３】
2018187637.tif 000015
【図１４】
2018187637.tif 000016
【図１５】
2018187637.tif 000017
【図１６】
2018187637.tif 000018
【図１７】
2018187637.tif 000019
【図１８】
2018187637.tif 000020