(57)【要約】【課題】電磁成型技術において部材の拡張量を必要な領域において増加させる。【解決手段】電磁コイル４２を用いて中空材の径を拡張させて、中空材の外部に配置した被固定部材を固定する電磁成型方法であって、拡張される領域の周囲に中空材の拡張を抑制する型抑え具４４を配置した状態において中空材の径を拡張させる電磁成型方法とする。【選択図】図３
2019130534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁成形用コイルを用いて中空材の径を拡張させて、前記中空材の外部に配置した被固定部材を固定する電磁成型方法であって、
前記拡張される領域の周囲に前記中空材の拡張を抑制する型抑え具を配置した状態において前記中空材の径を拡張させることを特徴とする電磁成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁成形用コイルを用いた中空材の電磁成型方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材に対して塑性加工を行うための電磁成形技術が知られている。電磁成形技術では、電磁成形用コイルに対してインパルス電圧を印加することによって、その周囲に極めて短時間で強力な磁場を形成し、この磁場内に被加工部材を配置しておくことによって、被加工部材と電磁成形用コイルとの間に電磁気的な反発力を発生させて被加工部材を成形する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１６６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電磁成形技術では、被固定部材を確実に固定できることが必要である。しかしながら、被固定部材の周辺から不必要に離れた領域まで拡張部分が広範囲に拡がると、被固定部材の周辺での部材の拡張がなだらかなものになり、被固定部材の固定強度が弱くなってしまっていた。
【０００５】
また、電磁成型に用いられる電磁成形用コイルに印加される印加電圧を小さくすることで、電磁成形用コイルの寿命を長くすることも望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、電磁成形用コイルを用いて中空材の径を拡張させて、前記中空材の外部に配置した被固定部材を固定する電磁成型方法であって、前記拡張される領域の周囲に前記中空材の拡張を抑制する型抑え具を配置した状態において前記中空材の径を拡張させることを特徴とする電磁成型方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電磁成型技術において部材の拡張量を必要な領域において増加させることができ、部材の加工を安定化させることができる。また、電磁成形用コイルに印加される印加電圧を小さくでき、電磁成形用コイルの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における電磁成形技術を適用する被加工部材の例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における電磁成形技術を適用する被加工部材の例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態における電磁成形技術を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態における電磁成形技術を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態における型抑えの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１及び図２は、本発明の実施の形態における電磁成形方法による加工の対象となる被加工部材の構成例を示す斜視図及び正面図である。図２は、図１に示す被加工部材の一部を省略している正面図である。
【００１０】
本実施の形態では、被加工部材が車両のインストルメントパネル内に配置されるインパネレインフォースメントを構成する被固定部材付パイプ１０である例について説明する。インパネレインフォースメントは、車両のインストルメントパネル内において、車両幅方向に沿って配置される。インストルメントパネルは、インパネレインフォースメントに組み付けられる。なお、本実施の形態における電磁生成方法の適用対象は被固定部材付パイプ１０に限定されるものではなく、電磁的な力により変形が可能な中空材であればよい。
【００１１】
被固定部材付パイプ１０は、パイプ１２と、パイプ１２の外側から固定されるカウルブレース２６とを備える。カウルブレース２６はパイプ被固定部材に相当する。パイプ１２に外側から、複数の第２パイプ被固定部材も固定される。複数の第２パイプ被固定部材は、運転席側エクステンション（Ｄ側エクステンション）２０、ステアリングサポート２２、助手席側エクステンション（Ｐ側エクステンション）２７、２つの外側ブラケット２８，２９である。
【００１２】
パイプ１２は、アルミニウム合金等の電気伝導度の高い金属を用いて形成された長尺円環状の部材である。パイプ１２の内側に後述のように電磁コイルを配置し、この電磁コイルに通電することによってパイプ１２を膨張変形させて外部に部材をかしめ固定する電磁成形が行われる。
【００１３】
パイプ１２は、運転席側（Ｄ側）である一端側（図１、図２の左側）に配置される運転席側パイプ部材（Ｄ側パイプ部材）１４と、Ｄ側パイプ部材１４の他端部（図１、図２の右端部）に外側から挿管されて固定される助手席側パイプ部材（Ｐ側パイプ部材）１６とを含む。Ｄ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６は、軸方向（図１、図２の左右方向）に延びる長尺の円筒状の部材である。Ｄ側パイプ部材１４は外側パイプ部材に相当し、Ｐ側パイプ部材１６は内側パイプ部材に相当する。なお、図１及び図２では、Ｄ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６の位置を分かりやすくするために、Ｄ側パイプ部材１４を砂地で示している。Ｄ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６は、アルミニウム合金等の電気伝導度の高い金属により形成され。例えば、Ｄ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６は、アルミニウム合金のうち、押し出し成形に適した６０６３材により形成することが好適である。
【００１４】
Ｄ側パイプ部材１４の軸方向他端部（右端部）の内側には、Ｐ側パイプ部材１６の軸方向一端部（左端部）が挿管され、電磁成形によってカウルブレース２６とともにかしめ固定される。本実施形態では、Ｄ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６の挿管部以外の部分において、Ｄ側パイプ部材１４は、Ｐ側パイプ部材１６より、外径及び内径がそれぞれ大きい。
【００１５】
なお、Ｐ側パイプ部材１６の厚みｄＰは、Ｄ側パイプ部材１４の厚みｄＤより小さくすることが好適である。これによって、後述のようにＤ側パイプ部材１４及びカウルブレース２６の固定位置におけるＰ側パイプ部材１６の内側に配置した電磁コイル４２へのパルス通電による電磁力によりＰ側パイプ部材１６を拡径させて、Ｄ側パイプ部材１４にかしめ固定し易くなる。具体的には、Ｄ側パイプ部材１４の厚みｄＤに対するＰ側パイプ部材１６の厚みｄＰの比率ｄＰ／ｄＤは、０．６〜０．８であることが好ましい。
【００１６】
Ｄ側エクステンション２０は、パイプ１２において、運転席側である一方側の端部の外側に固定される。Ｐ側エクステンション２７は、パイプ１２において、助手席側である他方側の端部の外側に固定される。Ｄ側、及びＰ側エクステンション２０，２７は、ボルト及びナット等の締結部材により、車体フレーム（図示せず）に固定される。Ｄ側の外側ブラケット２８は、パイプ１２の外側において、Ｄ側エクステンション２０の軸方向他方側（図１、図２の右側）に隣り合うように固定される。Ｐ側の外側ブラケット２９は、パイプ１２の外側において、Ｐ側エクステンション２７の軸方向一方側（図１、図２の左側）に隣り合うように固定される。
【００１７】
Ｄ側エクステンション２０、ステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７、２つの外側ブラケット２８，２９は、それぞれ内側にパイプ１２を挿通させる円形の貫通孔を有する。例えば、カウルブレース２６は、長手方向一端寄り部分（図１の右端寄り部分）にＤ側パイプ部材１４を貫通させる貫通孔２６ａを備える。貫通孔にＤ側パイプ部材１４又はＰ側パイプ部材１６を通して電磁成形を適用することによって、Ｄ側パイプ部材１４又はＰ側パイプ部材１６にＤ側エクステンション２０、ステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７、２つの外側ブラケット２８，２９がかしめ固定される。
【００１８】
例えば、ステアリングサポート２２は、Ｄ側パイプ部材１４の軸方向中間部に固定される。ステアリングサポート２２は、本体部２３と、本体部２３に分岐するように連結された２つの脚部２４，２５とを備え、脚部２４，２５がＤ側パイプ部材１４に固定される。
【００１９】
ステアリングサポート２２には、ステアリングシャフトを支持するためのステアリングコラム（図示せず）が固定される。カウルブレース２６は、インストルメントパネルの内側に配置される部材（図示せず）に連結される。フロアブレース５２は、下端部がフロアパネル（図示せず）に連結される。
【００２０】
また、パイプ１２の長手方向複数位置の周方向一部には、外側からフロアブレース５２、及び複数の中間ブラケット５３，５４，５５が溶接により固定される。これにより、被固定部材付パイプ１０が形成される。
【００２１】
次に、被固定部材付パイプ１０の製造方法を説明する。本実施の形態では、電磁成型を適用することによってＤ側パイプ部材１４にＤ側エクステンション２０をかしめ固定する例について説明する。同様に、ステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７、２つの外側ブラケット２８，２９に対しても電磁成型を適用することができる。
【００２２】
以下、図３及び図４を参照して、電磁成型方法について説明する。図３は、図２のＡ−Ａ断面拡大図である。図４は、電磁コイル（電磁成形用コイル）４２への通電前の状態における図３に対応する図である。
【００２３】
被固定部材付パイプ１０の形成に用いられる電磁成型装置３８は、パイプ１２の運転席側である軸方向一端側から内側に挿入される軸部材４０を備える。軸部材４０は、樹脂により長尺な円柱の軸状に形成され、そこに電磁コイル４２が設けられる。電磁コイル４２は、その外周面を樹脂等によって被覆してもよい。電磁コイル４２は、導体線を軸部材４０の軸方向に沿って複数回巻回することにより形成される。
【００２４】
軸部材４０は、Ｄ側パイプ部材１４の内側に配置される。すなわち、軸部材４０の外径は、Ｄ側パイプ部材１４の内径より小さくなるように構成されている。また、軸部材４０は、図４に示すように、電磁コイル４２が被固定部材であるＤ側エクステンション２０の軸方向全体に亘り、さらにＤ側エクステンション２０の両端から余裕をもってはみ出すように配置される。
【００２５】
なお、電磁成型装置３８は、図示しない電源部からパルス電流の供給を受けられるように構成される。電源部は、電磁コイル４２に電力を供給するものであり、バッテリ等の直流高圧電源及びコンデンサ等を含んで構成される。コンデンサに充電された電力を瞬時に放電させることによって電磁コイル４２に大きなパルス電流を印加する。電源部は、直流高圧電源は、商用交流電源から供給された交流電力を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部を有する構成としてもよい。
【００２６】
図４に示すように、被固定部材であるＤ側エクステンション２０の貫通孔にＤ側パイプ部材１４を貫通させて、Ｄ側エクステンション２０をＤ側パイプ部材１４における所望の固定位置に配置する。
【００２７】
本実施の形態では、電磁成型を行う際に型抑え具４４を用いる。型抑え具４４は、被固定部材の周囲に配置され、電磁成形による部材の変形を抑制するために用いられる。本実施の形態では、型抑え具４４は、被固定部材であるＤ側エクステンション２０の端部から距離Ｌだけ離れた位置において電磁成型によるＤ側パイプ部材１４の径の拡張が生じないようにするために設けられる。距離Ｌは、Ｄ側パイプ部材１４の材質、肉厚及び径等に応じて適宜設定すればよい。
【００２８】
例えば、図５に示すように、クランプ型の型抑え具４４とすることができる。型抑え具４４は、組み合わせると円筒形状になる第１部材４６ａと第２部材４６ｂとを蝶番４５で繋いだ構成とされている。クランプを開いた状態でＤ側パイプ部材１４の所望の位置に配置し、ネジ等の固定部４７によってクランプを締め付けることによって、型抑え具４４の内周面ＸがＤ側パイプ部材１４の外周面に密着した状態で固定する。
【００２９】
このような状態において、電磁コイル４２にパルス通電することにより、Ｄ側パイプ部材１４における電磁コイル４２と重なり合っている部分を電磁力により拡径させる。これにより、図３に示すように、Ｄ側パイプ部材１４におけるＤ側エクステンション２０の両側の領域（図３における領域Ｙ及び領域Ｚ）の径が拡張されて、Ｄ側エクステンション２０がＤ側パイプ部材１４にかしめ固定される。
【００３０】
このとき、型抑え具４４を用いて径が拡張される領域を制限することで、当該制限された領域における径の拡張を急峻にすることができる。すなわち、型抑え具４４を用いない場合、図３に破線で示すように、Ｄ側エクステンション２０の周囲におけるＤ側パイプ部材１４の径の拡張領域が広がり、Ｄ側エクステンション２０近傍における膨らみがなだらかになる。これに対して、型抑え具４４を用いた場合、型抑え具４４を用いない場合に比べて、Ｄ側エクステンション２０近傍における膨らみが急峻になり、Ｄ側エクステンション２０をＤ側パイプ部材１４により強固に固定することができる。
【００３１】
また、型抑え具４４を用いない場合と用いる場合とにおいて同じ強度で部材を固定しようとする場合、型抑え具４４を用いない場合に比べて用いる場合において電磁コイル４２に印加する電圧を小さくすることができる。これのように、型抑え具４４を用いて径を拡張させる領域を制限することで、電磁コイル４２に印加する印加電圧を低減させることができ、電磁コイル４２の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
なお、Ｄ側エクステンション２０以外の部材、すなわちステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７、２つの外側ブラケット２８，２９に対しても同様に電磁成型を適用することができる。例えば、Ｄ側エクステンション２０、ステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７及び２つの外側ブラケット２８，２９を固定する位置に電磁コイル４２を並べて配置し、適切な順でそれぞれの電磁コイル４２に対してパルス電流を供給して電磁成形処理を施すようにすればよい。また、複数の電磁コイル４２に対して同時にパルス電流を供給して電磁成形処理を施してもよい。
【００３３】
また、電磁成型装置３８は、軸部材４０をＤ側パイプ部材１４及びＰ側パイプ部材１６の軸方向に移動させる軸移動部（図示せず）を備えるようにしてもよい。この場合、軸部材４０を軸方向に移動させつつ、Ｄ側エクステンション２０、ステアリングサポート２２、カウルブレース２６、Ｐ側エクステンション２７、２つの外側ブラケット２８，２９に対して適切な順で電磁成型処理を施すようにしてもよい。
【００３４】
Ｄ側パイプ部材１４とＰ側パイプ部材１６とが重ね合わされている部分では、Ｐ側パイプ部材１６が拡径するときにＤ側パイプ部材１４に加わる力によりＤ側パイプ部材１４の径も拡張される。このとき、Ｄ側パイプ部材１４の内側には、Ｐ側パイプ部材１６を介して電磁コイル４２が配置されるが、電磁コイル４２による磁力はＰ側パイプ部材１６でシールドされて、Ｄ側パイプ部材１４には誘起電流が発生しない。このため、Ｄ側パイプ部材１４には自らで拡管させる力が生じないが、Ｐ側パイプ部材１６の拡張に伴ってＤ側パイプ部材１４の径も拡張される。
【００３５】
また、電磁成型装置３８は、コイル冷却システムを含む構成としてもよい。例えば、コイル冷却システムは、冷却油または冷却水等の冷媒が供給される冷却部に軸部材４０を接触させながら通過させる構成とすればよい。これにより、軸部材４０に固定された電磁コイル４２を冷却できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  被固定部材付パイプ、１２  パイプ、１４  Ｄ側パイプ部材、１６  Ｐ側パイプ部材、２０  Ｄ側エクステンション、２２  ステアリングサポート、２３  本体部、２４，２５  脚部、２６  カウルブレース、２６ａ  貫通孔、２７  Ｐ側エクステンション、２８，２９  外側ブラケット、３８  電磁成型装置、４０  軸部材、４２  電磁コイル、４４  型抑え具、４５  蝶番、４６ａ  第１部材、４６ｂ  第２部材、４７  固定部、５２  フロアブレース、５３，５４，５５  中間ブラケット。
【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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