(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、胴部のテーパー形状と、更には接合用のフランジなどを一体に設けた、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を目的とする。【解決手段】アルミニウム合金中空材3 からなり、中空材3 の軸方向が荷重付加方向となるように車体部材に接合された上で、荷重F1付加時に中空材3 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 の外径が前記荷重F1に対する軸方向の後方側ほど太くなるテーパー形状を有し、このテーパー形状が電磁成形による中空材3 の拡径にて形成されていることである。【選択図】    図１
2004203202.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、中空材の軸方向が荷重付加方向となるように車体部材に接合された上で、荷重付加時に中空材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、中空材の外径が前記荷重に対する軸方向の後方側ほど太くなるテーパー形状を有し、このテーパー形状が電磁成形による中空材の拡径にて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】
前記中空材軸方向の端部に、前記車体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車体部材と接合される請求項１または２に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記フランジが、前記中空材軸方向の端部が電磁成形により拡径されて中空材と一体に形成されたものである請求項２に記載の車体用エネルギー吸収部材。
【請求項４】
前記中空材表面に、前記荷重付加時に圧壊の起点となる変形部が設けられた請求項１乃至３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５】
前記変形部が電磁成形により設けられた請求項４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、フロントやリアなどの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、前記バンパーステイやエネルギー吸収部材などは、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などの際の、中空材への軸方向への大荷重付加時に、損壊、飛散などせずに、軸方向に蛇腹状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。
【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】
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、図11に斜視図で示すような、テーパー状の自動車エネルギー吸収部材 (衝撃吸収部材)40 が提案されている（特許文献1 参照) 。
【０００８】
【特許文献１】
特開2000-53017号(1〜3 頁、図1 〜3)
【０００９】
上記特許文献1 のテーパー状の自動車エネルギー吸収部材40は、図11に示すように、外周壁41が車体前方側ほど細くなる (車体後方側ほど太くなる) テーパー状の形状を有している。そして、車体前方側に前壁42、後方側にフランジ43を一体に有するHAT 型中空形状を有し、フランジ43において、ボルト孔44a 〜44c を有する取り付けプレート44を介して、フロントサイドフレーム14の前端に固定されている。
【００１０】
なお、上記特許文献1 以外にも、コの字状に成形した鋼板同士を突き合わせ、接合部を溶接して、一体に中空材化するとともに、上記特許文献1 と同じく、外周壁が車体前方側ほど細くなるテーパー状の形状を有したエネルギー吸収部材が実際に使用されている。
【００１１】
このようなテーパー状のエネルギー吸収部材は、前面からの衝突荷重に対して根元が太くなる構造となり、断面二次モーメントの点から、外周壁41が同じ外径である場合に比して、全体座屈が生じ難くなる。このため、中空材への軸方向への大荷重付加時に、中空材が、損壊、飛散などせずに、軸方向に蛇腹状に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収する性能を高くすることができる。また、その長さ方向に対して、衝突荷重が少々傾いた角度で入力しても、荷重エネルギー吸収性能を確保しやすい利点もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1 のようなエネルギー吸収部材40を、アルミニウム合金を用いて製造しようとする場合、製造自体が難しい。即ち、特許文献1 のようなエネルギー吸収部材40は、車体前方側を前壁42を有する閉断面となし、更に、後方側に外方に広がるフランジ43を一体に有するHAT 型中空形状としている。このため、アルミニウム合金中空形材を出発素材にするにせよ、アルミニウム合金板材を出発素材にするにせよ、プレス加工乃至機械加工によって、テーパー状の胴部を製作するとともに、フランジ43を一体に製造することが非常に困難である。また、加工工程が非常に複雑となったり、煩雑となって、経済的では無い問題もある。
【００１３】
そして、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では、上記プレス加工乃至機械加工が比較的しにくく、上記テーパー状の胴部やフランジ43を一体的に設ける場合に、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。
【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】
このため、上記特許文献1 のようなエネルギー吸収部材を、そのフランジを含めて一体的に製造するのは困難があり、上記テーパー状の胴部とフランジ43とを別個に製作して、溶接などで接合せざるを得ない。しかし、溶接接合で一体化した場合、部品点数や接合部が増すため、接合強度の低下と、これに伴う衝突エネルギー吸収性能の低下が問題となる。このため、接合強度を低下させないための接合方法を工夫する必要があり、溶接にせよ機械的接合にせよ、より煩雑になるという現実的な問題を抱えている。
【００１６】
この結果、テーパー状のエネルギー吸収部材をアルミニウム合金材では製造しにくく、実際の実施形態は、上記した、鋼板成形材を用いた溶接による一体型の中空材とならざるを得ない。
【００１７】
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、胴部のテーパー形状と、更には接合用のフランジなどを一体に設けた、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。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
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、中空材の軸方向が荷重付加方向となるように車体部材に接合された上で、荷重付加時に中空材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、中空材の外径が前記荷重に対する軸方向の後方側ほど太くなるテーパー形状を有し、このテーパー形状が電磁成形による中空材の拡径にて形成されていることである。
【００１９】
本発明のようなテーパー状の胴部形状を有するアルミニウム合金エネルギー吸収部材は、前記した通り、前面からの衝突荷重に対して根元が太くなる構造となり、断面二次モーメントの点から、外周壁41が同じ外径である場合に比して、全体座屈が生じ難くなる。このため、中空材への軸方向への大荷重付加時に、中空材が、損壊、飛散などせずに、軸方向に蛇腹状に圧壊変形して、荷重エネルギーを吸収する性能を高くすることができる。また、その長さ方向に対して、衝突荷重が少々傾いた角度で入力しても、荷重エネルギー吸収性能を確保しやすい利点もある。
【００２０】
また、本発明においては、テーパー状の胴部形状や、必要に応じて、接合用のフランジを、アルミニウム合金中空形材自体の電磁成形による拡径により、中空形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、テーパー状の胴部形状の形成や接合用のフランジの形成の際に、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少ない。また、テーパー状の胴部形状の形成や接合用のフランジを一体に形成できるため、前記した、分割構造における接合部での継ぎ手強度の確保の問題などを解決することができる。
【００２１】
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、テーパー状の胴部形状や、必要に応じて、接合用のフランジを、これらが複雑な形状であっても、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、部品点数が増えて煩雑となる問題が無い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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 〜7 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。
【００２３】
先ず、図1 〜4 において、図1(a)、図2(a)、図3(a)は、素材となる円管状( 断面が円管状) のアルミニウム合金中空材7aを示し、図4(a)は、素材となる矩形断面管状 (断面が口型管状) のアルミニウム合金中空材7bを示す。
【００２４】
図1(b)、図2(b)、図3(b)は、上記円管状アルミニウム合金中空材7aを電磁成形により拡径したテーパー状の本発明エネルギー吸収部材1a、1c、1eを示す。エネルギー吸収部材1aは外形が円管状、1cは外形が6 角形の多角形状、1eは外形が矩形状である。
【００２５】
図4(b)は、上記矩形断面管状のアルミニウム合金中空材7bを、電磁成形により拡径した、テーパー状の本発明エネルギー吸収部材1gを示す。エネルギー吸収部材1gは図1(b)のエネルギー吸収部材1aと同じ外形が円管状である。このように、矩形断面管状の素材中空材から、円管状など断面形状が違う中空材を簡便に成形できる点が、電磁成形の利点でもある。
【００２６】
これら各エネルギー吸収部材は、前面からの衝突荷重に対して根元が太くなる構造となるように、各々F1で示す衝突荷重方向に対して、軸方向の中空材の外径が、前記荷重方向に対する後方側ほど順次太くなる、言い換えると、前記荷重方向に対する前面側ほど順次細くなる、テーパー形状 (テーパー形状の胴部) を各々有している。
【００２７】
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、あるいは上記フランジ2a、2bにおいて、車体部材により軸方向に支持される。このような使用態様の場合に、テーパー状のエネルギー吸収部材は、前面からの衝突荷重に対して、断面二次モーメントの点から、胴部が同じ外径である中空材に比して、全体座屈が生じにくくなり、荷重エネルギー吸収性能を高くすることができる。また、その長さ方向に対して、衝突荷重が少々傾いた角度で入力しても、荷重エネルギー吸収性能を確保しやすい。
【００２８】
しかも、本発明においては、これらテーパー状の胴部形状を、アルミニウム合金中空形材自体の電磁成形による拡径により形成する。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、テーパー状の胴部形状の形成や接合用のフランジの形成の際に、前記したエネルギー吸収性能を低下させる、割れや肌荒れ、あるいは残存伸びが生じることが少ない。
【００２９】
図1(c)、図2(c)、図3(c)、図4(c)は、上記テーパー状の本発明エネルギー吸収部材1a、1c、1e、1gの (中空形材3 の) 軸方向の両端部 (図1(b)、図2(b)、図3(b)、図4(c)で言う3a、3b) に、車体部材との接合用のフランジ2a、2bを形成した態様を示している。接合用のフランジの形成は必ずしもエネルギー吸収部材軸方向の両端部に設けなくとも、片方のみ設けても良く、要はエネルギー吸収部材の使用条件に応じて適宜選択される。なお、フランジ2a、2bにおける周方向に間隔を開けて設けた丸印は、機械的な接合用のボルト孔あるいはフランジ補強用の突起などを示す。
【００３０】
これらのフランジ2a、2bの形成は、後述するごとく、電磁成形による上記テーパーの形成時に、テーパー形成と同時に、素材となる各アルミニウム合金中空材7 の軸方向の両端部を電磁成形により拡径して、一体に形成できる。
【００３１】
なお、フランジ2a、2bをプレス加工乃至機械加工によって形成する手段もあるが、前記した通り、加工工程が非常に複雑となったり、煩雑となって、現実的では無い問題もある。また、エネルギー吸収を低下させる、前記した割れや肌荒れ、あるいは残存伸びが加工の際に生じる可能性が高い。更に、フランジ2a、2bを別個に製作して、溶接などで接合する場合も、部品点数や接合部が増すため、接合強度の低下と、これに伴う衝突エネルギー吸収性能の低下が問題となる。
【００３２】
この図1(c)、図2(c)、図3(c)、図4(c)のフランジの態様においては、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を形成した態様を示している。
【００３３】
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、各エネルギー吸収部材1 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1 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1 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。
【００３４】
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1(c)、図2(c)、図3(c)、図4(c)では、車体部材側のフラットな表面 (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、前記した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。
【００３５】
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ことができる。
【００３６】
ここで、素材アルミニウム合金中空材7 の断面形状やエネルギー吸収部材1 としての断面形状は、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適宜選択される。ただ、上記テーパー形状やフランジを素材中空材7 の電磁成形による拡径によって、成形可能な断面形状とする必要がある。
【００３７】
即ち、図4(a)の素材となる矩形断面管状アルミニウム合金中空材7bや、図2(b)、図3(b)のテーパー状エネルギー吸収部材1c、1eなど、矩形や多角形状などの断面形状乃至外形形状などでは、角部のコーナーR(角度) が小さ過ぎると、電磁成形による中空材3 の拡径の際に、この角部で割れが生じやすくなる。
【００３８】
この点、電磁成形可能であれば、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、多角形状、円形、楕円形、その他な不定形な円形などの中空材、あるいは、閉断面以外にも、開断面である C形や、コ形などの中空形材も含みうる。
【００３９】
次に、図5 、6 、7 の本発明エネルギー吸収部材の態様は、エネルギー吸収部材1 ( 中空材3)表面の一部に、衝突荷重などの大荷重付加時に圧壊の起点となる、凸部、凹部、孔などの変形部を設けたものである。
【００４０】
これらの変形部も電磁成形により中空材と一体に形成することが好ましい。電磁成形による変形部の形成では、前記した通り、変形速度が遅いプレス加工乃至機械加工による変形部の形成とは異なり、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少ない。
【００４１】
図5 のエネルギー吸収部材1iは、前記図1(b)や図4(b)のエネルギー吸収部材と同様、中空部6 を有するテーパー状円管のアルミニウム合金中空材3 の表面に、凸部 (突起) 4a、4bを設けている。この凸部 (突起) 4a、4bは、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。
【００４２】
これら変形部を、電磁成形により両端に設けるフランジとの、成形時の干渉無しに変形部を設けて、大荷重付加時に圧壊の起点とするためには、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 程度となる位置に設けることが好ましい。
【００４３】
図5 のエネルギー吸収部材1i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に、凸部 4a 、4b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、エネルギー吸収部材1i (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1i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、後述する凹部状や孔状の変形部でも同じである。
【００４４】
更に、図6 、7 では、エネルギー吸収部材の基本構造は図5 のエネルギー吸収部材1i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。
【００４５】
また、図6 、7 のエネルギー吸収部材は、前記図1(c)、図2(c)、図3(c)、図4(c)のテーパー状の本発明エネルギー吸収部材1a、1c、1e、1gと同様に、中空形材3 の軸方向の両端部に、車体部材との接合用のフランジ2a、2bを形成した態様を示している。これらの車体部材との接合用のフランジは、使用態様に応じて、必ずしも中空形材の軸方向の両端部に設ける必要は無く、片方のみに設けても良い。
【００４６】
この内、図6(a)、(b) 、(c) は、凸部 (突起)4を設けた例を示している。図6(a)のエネルギー吸収部材1jでは、図5 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6(b)のエネルギー吸収部材1k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6(c)のエネルギー吸収部材1l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。
【００４７】
この他、中空材表面の円周に沿って、らせん状の凸部、リング状の凸部、X 字状に互いに交叉した凸部、軸方向の長さが比較的長い凸部などを間隔をあけて複数個設けても良い。
【００４８】
更に、図7 のエネルギー吸収部材では中空材3 表面に凹部または貫通孔を設けた例を示している。図7(a)のエネルギー吸収部材1mでは、中空材3 表面の円周に沿って、凹部または貫通孔5a、5bを間隔をあけて複数個設けている。図7(b)のエネルギー吸収部材1nでは、中空材3 表面の円周方向に対称に2 個、軸方向に2 列で、合計4 個の凹部または貫通孔5c、5d、5e、5fを設けている。
【００４９】
上記図7(a)、(b) の態様は、前記図6(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、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。
【００５０】
次に、実際に、中空材3 のテーパー形状を形成、および、更に、中空材両端部のフランジや、中空材表面の上記凸部、凹部、孔などの変形部を中空材に一体に形成する、電磁成形方法について、以下に説明する。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図8 は、中空材3 のテーパー形状、中空材両端部のフランジ、中空材表面の上記凸部、凹部、孔などの変形部を、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。
【００５４】
ここで、図8(a)、(b) は、中空材3 のテーパー形状とともに、前記図5(a)に示した凸部4a、4b、図8(c)は、前記図7(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。
【００５５】
図8(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。これらの金型28、29、30は、軸方向に同一径の中空材3 を、図の右側に行くにしたがって太くなるテーパー形状を形成するために、中空材3 を挟む金型同士の間隔 (対向する金型成形面同士の間隔) が図の右側に行くにしたがって順次大きくなるように、対向する金型成形面が互いに傾斜して (傾斜面として) 形成されている。これは、図8(c)の金型32でも同様である。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、図8(a)、(b) において、金型28、29、30の片方の形材端部成形面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。
【００５８】
図8(a)、(b) において、電磁成形の要領は、先ず、アルミニウム合金素材中空材7a( 図1 の素材中空材7a) を金型28、29、30内にセットする。即ち、中空材7a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、対向する金型の傾斜成形面間、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。
【００５９】
これにより、軸方向に同一径の素材中空材7aは、軸方向に渡って外方に拡径され、対向する金型の傾斜成形面 (テーパー形状成形面) に強い力で押し当てられて成形され、図の右側に行くにしたがって順次外径 (径) が太くなるテーパー形状の中空材3 の外形 (点線で表示) が形成される。
【００６０】
なお、テーパー形状は、中空材3 の軸方向 (図の右方向へ) の外形線として、直線状に傾斜して拡径していくものだけではなく、外方に凸状あるいは内方に凹状となるような曲線状に傾斜して拡径していく、あるいは更に、段階的、段差的に拡径していく、などの拡径テーパー形状が適宜選択される。これらの拡径テーパー形状は、前記金型の傾斜成形面を、所望の上記拡径テーパー形状に対応した形状とすることで形成可能である。
【００６１】
上記中空形材の胴部のテーパー形状の成形と同時に、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。更に、これと同時に、中空材3 の周囲 (外) 方向に、中空材端部3a、3bが拡径される。そして、拡径した端部3a、3bが強い力で金型28、29、30の成形面に押圧され、フランジ2a、2bを中空材3 の端部に形成する。
【００６２】
なお、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。
【００６３】
次に、図8(c)でもこれらの電磁成形の要領は同様である。即ち、軸方向に同一径の中空材3 は、軸方向に渡って外方に拡径され、対向する金型の傾斜成形面 (テーパー形状成形面) に押し当てられて成形され、図の右側に行くにしたがって順次太くなるテーパー形状の外形が形成される( 点線で表示) 。ただ、図8(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8(c)の場合では、中空材3 端部の両フランジ2a、2bは、図7(a)のように、垂直に立ち上がるように形成される。
【００６４】
以上、中空材3 のテーパー形状、中空材両端部のフランジ、中空材表面の変形部を、電磁成形により、同時に設ける態様を示した。しかし、必ずしも同時でなくとも、金型を上記同時に設ける一体的な態様として、各成形部位に対応した形状 (長さ) のコイルを用い、これらを別々乃至順次に設けても良い。また、金型を各成形部位に対応して別々に分割し、各成形部位に対応した形状 (長さ) のコイルを用い、これらを別個乃至順次に設けても良い。
【００６５】
ここで、相手方の車体部材接合面が鞍型などの曲面形状を有する場合、中空材両端部のフランジもそれに応じた曲面形状とする。例えば、表面 (接合面) が鞍型などの曲面形状を有するフランジは、金型の成形面28a 、29b 、30a 、30b などの形状を、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、上記金型の成形面を、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。
【００６６】
なお、各フランジの接合面や、接合面の裏面などに、フランジの補強用の突起乃至リブを設けても良い。突起乃至リブを放射状、同心円状などに適宜フランジに設けることで、フランジが補強される。これら突起乃至リブは、金型の成形面に、対応する凹部形状を設けることで簡便に電磁成形できる。この点、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更に形成して、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。
【００６７】
これら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。
【００６８】
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)。
【００６９】
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。
【００７０】
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モジュールに使用した場合の一使用態様を、図9 、10を用いて説明する。図9 にバンパー構造を正面図で示す。図9 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、1iは本発明テーパー状エネルギー吸収部材 (図6 (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。
【００７１】
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1iの前面フランジ2a、エネルギー吸収部材1i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。
【００７２】
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から構成される。バンパー補強材12は、鋼製中空材であっても良いが、アルミニウム合金中空材、それも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軽量化の点で好ましい。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。
【００７３】
また、ステイ13は、エネルギー吸収部材1i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。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1iの方を省略することも可能である。
【００７４】
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ことが好ましい。
【００７５】
図9 の本発明態様では、エネルギー吸収部材1iは、前面からの衝突荷重に対して根元が太くなる構造となるように、図左側( 車体前方) からの衝突荷重方向に対して、軸方向の中空材の外径が、前記荷重方向に対する後方側ほど順次太くなる、テーパー形状を各々有している。このため、前面からの衝突荷重に対して、断面二次モーメントの点から、荷重エネルギー吸収性能を高くすることができる。また、その長さ方向に対して、衝突荷重が少々傾いた角度で入力しても、荷重エネルギー吸収性能を確保できる。
【００７６】
更に、エネルギー吸収部材1i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1i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1i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1iは、圧壊変形の起点となる凸部4a、4bを有している。
【００７７】
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1i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1i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1iのみが壊れた場合でも、エネルギー吸収部材1i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。
【００７８】
図10は、図9 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10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。
【００７９】
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。
【００８０】
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1i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9 の場合と同じである。
【００８１】
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。
【００８２】
【発明の効果】
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、テーパー形状、あるいは接合用のフランジなどを一体に設けた、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】
【図１】本発明エネルギー吸収部材の一実施態様を示し、図1(a)は素材円管状中空材、図1(b)は円管状エネルギー吸収部材、図1(c)はフランジ付き円管状エネルギー吸収部材を各々示す斜視図である。
【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)は素材円管状中空材、図2(b)は多角形エネルギー吸収部材、図2(c)はフランジ付き多角形エネルギー吸収部材を各々示す斜視図である。
【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)は素材円管状中空材、図1(b)は矩形エネルギー吸収部材、図1(c)はフランジ付き矩形エネルギー吸収部材を各々示す斜視図である。
【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3(a)は素材矩形状中空材、図1(b)は円管状エネルギー吸収部材、図1(c)はフランジ付き円管状エネルギー吸収部材を各々示す斜視図である。
【図５】本発明円管状エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、変形部を設けた態様を示す斜視図である。
【図６】本発明フランジ付き円管状エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、図6(a)、(b) 、(c) は各々異なる変形部を設けたの態様を示す斜視図である。
【図７】本発明フランジ付き円管状エネルギー吸収部材の他の実施態様を示し、図7(a)、(b) は各々異なる変形部を設けた態様を示す斜視図である。
【図８】本発明エネルギー吸収部材の電磁成形による製作の態様を示し、図8(a)、(b) 、(c) は各々異なるフランジおよび変形部を設ける態様を示す断面図である。
【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正面図である。
【図１０】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１１】従来のテーパー状の自動車エネルギー吸収部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
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、7:素材中空形材、
【図１】
2004203202.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004203202.tif 000006
【図５】
2004203202.tif 000007
【図６】
2004203202.tif 000008
【図７】
2004203202.tif 000009
【図８】
2004203202.tif 000010
【図９】
2004203202.tif 000011
【図１０】
2004203202.tif 000012
【図１１】
2004203202.tif 000013