JP7158237B2 - 中空構造物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空構造物及びその製造方法に関する。

車両のボディー等の金属フレームは、例えば、中空の鋼管を組み合わせることによって製造される。下記特許文献１には、三次元曲げ加工が施された複数の金属管同士を、継手部材を介して接合した態様が開示されている。下記特許文献１では、三次元曲げ加工に伴う寸法誤差を継手部材にて吸収することが図られている。

特開２０１５－１５１０６７号公報

上記特許文献１に係る金属フレームの重量は、継手部材を用いない場合と比較して大きくなる傾向にある。このため、上記特許文献１に係る上記態様を実施すると、最終製造物の軽量化が困難になり得る。また、上記態様では、金属管同士を接合する際の作業が複雑化する傾向にある。すなわち、上記態様を採用する場合、最終製造物の生産性が低下する傾向にある。

本発明は、上記課題に鑑み、軽量化の実現と共に生産性を向上可能な中空構造物及びその製造方法の提供を目的とする。

本発明の一側面に係る中空構造物は、軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、被嵌合部には、金属メンバと中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、膨張部は、被嵌合部に沿った形状を呈すると共に規制構造に掛止する。

この中空構造物では、中空金属部材の膨張部が金属メンバの被嵌合部に対して嵌合している。このため、継手部材を用いることなく中空金属部材と金属メンバとが一体化しているので、中空構造物の軽量化を実現できる。加えて、被嵌合部には、金属メンバと中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、膨張部は、被嵌合部に沿った形状を呈すると共に規制構造に掛止している。これにより、例えば中空金属部材に膨張部を形成するときに当該膨張部を被嵌合部に単に嵌合させるだけで、金属メンバに対する中空金属部材の位置を容易に固定化できる。したがって、中空構造物の生産性を向上可能である。

被嵌合部は、金属メンバに設けられる凹溝を有し、規制構造は、凹溝の表面に位置すると共に膨張部に覆われる凹部及び凸部の少なくとも一方を有してもよい。この場合、凹部及び凸部の少なくとも一方に膨張部を掛止させることによって、金属メンバに対する中空金属部材の位置を良好に固定化できる。

凹部は、入口部、底部、及び、第１方向において入口部と底部との間に位置する中間部を有し、軸方向、及び、第１方向に交差する第２方向の少なくとも一方において、入口部の径は、中間部の径よりも小さくてもよい。この場合、凹部の入口部が膨張部に対して食い込むので、膨張部が当該入口部に対して良好に掛止される。このため、第１方向に沿った中空金属部材と金属メンバとの分離を良好に防止できる。加えて、軸方向、並びに、第２方向における中空金属部材と金属メンバとの相対移動も確実に規制できる。

凸部は、軸方向、及び、第１方向に交差する第２方向の少なくとも一方に沿って延在してもよい。この場合、第１方向に沿った中空金属部材と金属メンバとの分離は、凸部によって良好に防止される。加えて、軸方向、並びに、第２方向における中空金属部材と金属メンバとの相対移動もまた、良好に規制できる。

被嵌合部は、入口部、底部、及び、第１方向において入口部と底部との間に位置する中間部を含む後退部を有し、軸方向、及び、第１方向に交差する第２方向の少なくとも一方において、入口部の径は、中間部の径よりも小さくてもよい。この場合、後退部の入口部が膨張部に対して食い込むので、膨張部が当該入口部に対して良好に掛止される。このため、第１方向に沿った中空金属部材と金属メンバとの分離を良好に防止できる。加えて、軸方向、並びに、第２方向における中空金属部材と金属メンバとの相対移動も確実に規制できる。

被嵌合部は、入口部、底部、及び、第１方向において入口部と底部との間に位置する中間部を含む後退部を有し、中間部の表面に位置する規制構造は、軸方向、及び、第１方向に交差する第２方向の少なくとも一方に沿って延在すると共に、膨張部に覆われる凹部及び凸部の少なくとも一方を有してもよい。この場合、膨張部が凹部及び凸部の少なくとも一方に掛止される。このため、第１方向に沿った中空金属部材と金属メンバとの分離を良好に防止できる。加えて、軸方向、並びに、第２方向における中空金属部材と金属メンバとの相対移動も確実に規制できる。

被嵌合部は、中空金属部材が挿通される開口を有し、開口の表面に位置する規制構造は、膨張部に覆われる凹部及び凸部の少なくとも一方を有してもよい。この場合、軸方向における中空金属部材と金属メンバとの相対移動を防止できるので、中空金属部材と金属メンバとの分離を防止できる。加えて、中空金属部材の周方向に沿った金属メンバの回転も規制できる。

中空金属部材において、膨張部の強度は、他の部分よりも低くてもよい。この場合であっても、膨張部の強度は金属メンバによって補償されるので、中空構造物の強度を十分に確保できる。

中空金属部材の引張強度は、５９０ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であってもよい。この場合、中空構造物の強度を十分に確保できる。

中空金属部材と金属メンバとは、互いにＡｌを含む材料から構成され、膨張部の少なくとも一部は、被嵌合部に対して溶着してもよい。この場合、中空金属部材と金属メンバとが強固に一体化される。

中空金属部材と金属メンバとは、互いに異なる材料から構成され、上記中空構造物は、膨張部と被嵌合部との間に位置する絶縁部材をさらに備えてもよい。この場合、膨張部と被嵌合部との間における電蝕の発生を抑制できる。

本発明の他の一側面に係る中空構造物の製造方法は、金属パイプ及び金属メンバを第１の金型及び第２の金型の間に準備する工程と、第１の金型及び第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、第１の金型と第２の金型との間にて金属パイプの外周面に金属メンバを近接させる工程と、加熱された金属パイプ内に気体を供給することによって、金属メンバの表面に沿った形状を呈する膨張部を有する中空金属部材を成形する工程と、を備え、膨張部は、金属メンバの表面に設けられる被嵌合部に嵌合しており、金属メンバと中空金属部材との相対移動は、被嵌合部に設けられる規制構造に膨張部が掛止されることによって規制される。

この製造方法によって製造された中空構造物によれば、中空金属部材の膨張部は、金属メンバの被嵌合部に対して嵌合している。そして、金属メンバと中空金属部材との相対移動は、被嵌合部に設けられる規制構造に膨張部が掛止されることによって規制されている。ここで上記製造方法では、加熱された金属パイプ内に気体を供給することによって膨張部を成形する際に、当該膨張部を被嵌合部に対して嵌合させることができる。このため、単に中空金属部材を成形するだけで中空金属部材と金属メンバとを一体化できると共に、膨張部を規制構造に掛止できるので、中空構造物の生産性を向上可能である。加えて、継手部材を用いることなく中空金属部材と金属メンバとを一体化できるので、中空構造物の軽量化が実現できる。

上記中空構造物の製造方法は、金属パイプと金属メンバとが互いに離間した状態にて、金属パイプを加熱する工程をさらに備えてもよい。この場合、金属パイプの加熱時に、金属パイプと金属メンバとの間における電蝕の発生を抑制できる。

金属パイプ及び金属メンバを準備する工程では、金属パイプと金属メンバとの間に位置する絶縁部材を準備してもよい。この場合、金属パイプの加熱時に、金属パイプと金属メンバとの間における電蝕の発生を抑制できる。

中空金属部材の引張強度は、５９０ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であってもよい。上記中空構造物の製造方法では、加熱された金属パイプから膨張部を成形している。このため、中空金属部材が上記引張強度を有していた場合であっても、金属メンバの表面における被嵌合部に沿った形状を呈する膨張部を成形できる。したがって、中空構造物の強度を十分に確保しつつ、金属メンバに対する中空金属部材の位置を固定化できる。

本発明の一側面によれば、軽量化の実現と共に生産性を向上可能な中空構造物及びその製造方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係る中空構造物を示す模式斜視図である。 図２は、図１の方向Ｘに沿った断面図である。 図３は、中央部の要部を示す拡大模式図である。 図４（ａ）は、第１部材を示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線に沿った断面図である。 図５（ａ）は、第２部材を示す側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線に沿った断面図である。 図６（ａ）は、図２のＶＩａ－ＶＩａ線に沿った断面図であり、図６（ｂ）は、図２のＶＩｂ－ＶＩｂ線に沿った断面図である。 図７は、中空構造物を成形するための成形装置の概略構成図である。 図８（ａ）は電極が中空金属部材を保持した状態の一例を示す図であり、図８（ｂ）は電極に気体供給ノズルが当接した状態の一例を示す図であり、図８（ｃ）は電極の正面図である。 図９（ａ）は、第１変形例に係る中空構造物の要部を示す拡大断面図であり、図９（ｂ）は、第１変形例に係る中空構造物の製造方法に含まれる工程を示す概略断面図である。 図１０は、第２変形例に係る中空構造物を示す概略斜視図である。 図１１（ａ）は、図１０のＸＩａ－ＸＩａ線に沿った断面図であり、図１１（ｂ）は、第２変形例の別例を示す断面図である。 図１２（ａ），（ｂ）は、第２変形例において、金属パイプ及び金属メンバを準備する第１工程に用いる搬送治具の一例を示す模式図である。 図１３は、第３変形例に係る中空構造物を示す概略斜視図である。 図１４（ａ）は、図１３のＸＩＶａ－ＸＩＶａ線に沿った断面図であり、図１４（ｂ）は、第３変形例に係る中空構造物の要部拡大側面図である。 図１５（ａ）は、第３変形例の別例の要部拡大断面図であり、図１５（ｂ）は、第３変形例の別例を示す要部拡大側面図である。 図１６は、中央部の要部の一例を示す模式断面図である。 図１７は、中空構造物の一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る中空構造物及びその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る中空構造物を示す模式斜視図である。図１に示される中空構造物１は、例えば車両のフレーム等に用いられる複合構造物である。例えば、車両のフレームは、複数の中空構造物及び他の金属部材を組み合わせることによって形成される。中空構造物１は、中心軸Ａに交差する断面が連続閉断面である中空金属部材１００と、中空金属部材１００の外周に沿って設けられる金属メンバ２００とを備える。以下では、軸方向を方向Ｘと呼称する。また、方向Ｘに対して交差もしくは直交する第１方向及び第２方向を、それぞれ方向Ｙ、方向Ｚとする。

中空金属部材１００は、予め断面環形状を呈するリングもしくはパイプ等から構成される筒状部材である。すなわち、中空金属部材１００は、複数の板金を溶接することによって構成されるものではなく、１枚の板金を加工する（例えば、ロールフォーミング等）ことによって構成されるものでもない。このため、中空金属部材１００の断面には合口（ジョイント）が存在しない。本実施形態に係る中空金属部材１００は、一本の円形パイプから構成される。中空金属部材１００の厚さは、特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。

中空金属部材１００は、例えば、高張力鋼材もしくは超高張力鋼材から構成される。高張力鋼材は、４００ＭＰａ以上の引張強度を示す鋼材である。超高張力鋼材は、例えば５９０ＭＰａ以上もしくは１ＧＰａ（１０００ＭＰａ）以上であって、１８００ＭＰａ以下の引張強度を示す鋼材である。このため、中空金属部材１００の引張強度は、例えば４００ＭＰａ以上、５９０ＭＰａ以上、１ＧＰａ以上、もしくは１８００ＭＰａである。中空金属部材１００の引張強度が約１ＧＰａ以上である場合、中空金属部材１００の強度は好適である一方、例えばハイドロフォーミング等の冷間加工による加工が困難である。中空金属部材１００の引張強度は、例えばＩＳＯ ６８９２－１：２０１６もしくはＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に基づいて算出される。中空金属部材１００は、上記鋼材から構成されず、他の金属もしくは合金から構成されてもよい。中空金属部材１００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料（Ａｌ単体もしくはＡｌ合金）から構成されてもよい。

中空金属部材１００は、方向Ｘにおける端部１０１，１０２と、方向Ｘにおいて端部１０１，１０２の間に位置する中央部１０３とを有する。端部１０１，１０２は、後述する成形装置１０の電極１７，１８（図７を参照）に支持される部分であり、方向Ｘから見て略円環形状を呈する。本実施形態では、中空金属部材１００は、端部１０１，１０２を有するが、これに限られない。例えば、端部１０１，１０２は、中空金属部材１００から除去されてもよい。

金属メンバ２００は、中空金属部材１００の外周に固定される部材であり、中空金属部材１００が挿通される開口２０１を備える。本実施形態では、開口２０１の表面と、中空金属部材１００の外周面とが、互いに嵌合している（詳細は後述）。このため、開口２０１は、中空金属部材１００に対する被嵌合部として機能する。金属メンバ２００は、一体化された第１部材２１０及び第２部材２２０から構成される。第１部材２１０及び第２部材２２０の詳細については、後述する。

続いて、図２～図６を参照しながら、中空金属部材１００と金属メンバ２００とを詳細に説明する。図２は、図１の方向Ｘに沿った断面図である。図３は、中央部１０３の要部を示す拡大模式図である。図４（ａ）は、第１部材２１０を示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線に沿った断面図である。図５（ａ）は、第２部材２２０を示す側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線に沿った断面図である。図６（ａ）は、図２のＶＩａ－ＶＩａ線に沿った断面図であり、図６（ｂ）は、図２のＶＩｂ－ＶＩｂ線に沿った断面図である。なお、図４（ａ）及び図５（ａ）は、第１部材２１０及び第２部材２２０におけるそれぞれの断面を方向Ｙから見た図である。また、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、第１部材２１０及び第２部材２２０をそれぞれ方向Ｘから見た図である。

まず、中空金属部材１００の詳細について説明する。図２及び図３に示される中央部１０３は、中空金属部材１００の本体部であり、金属メンバ２００と一体化している部分である。中央部１０３は、中空金属部材１００において成形加工された部分である。本実施形態では、中央部１０３は、円形パイプを膨張することによって成形される膨張部である（詳細は後述）。本実施形態では、パイプ等において成形加工によって圧縮変形された箇所も、膨張部と呼称され得る。中央部１０３は、金属メンバ２００から露出する主部１０４と、金属メンバ２００に接触する接触部１０５とを有する。本実施形態では、主部１０４は断面略円環形状を呈するが、これに限られない。例えば、主部１０４は、断面多角環形状、もしくは断面楕円環形状等を呈してもよい。また、主部１０４には、開口、窪み、溝等が設けられてもよい。

接触部１０５は、第１突出部１０５ａ、第２突出部１０５ｂ、並びに、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂと主部１０４とをつなぐ接続部１０５ｃを有する。第１突出部１０５ａ、第２突出部１０５ｂ、及び接続部１０５ｃのそれぞれは、金属メンバ２００の開口２０１に沿って膨張した部分である。第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂのそれぞれは、主部１０４及び接続部１０５ｃよりも膨張している。すなわち、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂのそれぞれは、主部１０４及び接続部１０５ｃよりも拡径されている。本実施形態では、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂのそれぞれは、方向Ｘにおける金属メンバ２００の中心にて端部１０１の径より膨張している。加えて、方向Ｘにおいて当該中心から離れるほど、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂのそれぞれの膨張率が低下している。このため、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂのそれぞれは、金属メンバ２００の開口２０１を画成する表面に掛止されている。

接続部１０５ｃは、例えば金属メンバ２００の中心もしくはその近傍を通り、且つ、方向Ｘから見た中空構造物１の断面において、接触部１０５のくびれた部分に相当する（後述する図６（ａ）を参照）。接触部１０５の強度は、主部１０４の強度と同一でもよいし、主部１０４の強度より低くてもよい。特に、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂの強度は、主部１０４の強度と同一でもよいし、主部１０４の強度より低くてもよい。

続いて、金属メンバ２００の詳細について説明する。図２に示されるように、開口２０１の表面の一部には、凹部２０２，２０３が形成されている。凹部２０２，２０３は、開口２０１の表面から開口２０１の径方向に沿って後退する部分であり、曲面を呈する。凹部２０２，２０３のそれぞれは、方向Ｘに沿った勾配を示す。本実施形態では、方向Ｘにおいて金属メンバ２００の中心における凹部２０２，２０３の後退量が最も大きい。加えて、方向Ｘにおいて上記中心から離れるほど、上記後退量が減少する。凹部２０２，２０３は、接触部１０５の第１突出部１０５ａと第２突出部１０５ｂとがそれぞれ入り込む部分である。本実施形態では、凹部２０２は第１突出部１０５ａによって覆われ、凹部２０３は第２突出部１０５ｂによって覆われる。換言すると、第１突出部１０５ａは凹部２０２の表面に沿った形状を呈し、第２突出部１０５ｂは凹部２０３の表面に沿った形状を呈している。これにより、方向Ｘに沿った中空金属部材１００に対する金属メンバ２００の移動を規制できる。したがって、凹部２０２，２０３は、被嵌合部である開口２０１の表面に設けられ、金属メンバ２００と中空金属部材１００との相対移動を規制する規制構造として機能する。

図４（ａ），（ｂ）に示されるように、第１部材２１０は、本体ブロック２１１と、方向Ｚにおける本体ブロック２１１の側面２１１ａの両端に設けられる切欠部２１２，２１３と、方向Ｚにおいて切欠部２１２，２１３の間に位置すると共に側面２１１ａに設けられる凹溝２１４とを有する。また、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、第２部材２２０は、本体ブロック２２１と、方向Ｚにおける本体ブロック２２１の側面２２１ａの両端に設けられる突出部２２２，２２３と、方向Ｚにおいて突出部２２２，２２３の間に位置すると共に側面２２１ａに設けられる凹溝２２４とを有する。

本体ブロック２１１，２２１は、少なくとも物理的に中空金属部材１００に対して固定される部材であり、互いに同一材料から構成される。本体ブロック２１１，２２１は、中空金属部材１００と同様に、高張力鋼材もしくは超高張力鋼材から構成されてもよいし、Ａｌを含む材料から構成されてもよい。例えば、本体ブロック２１１，２２１と中空金属部材１００とが互いにＡｌを含む材料から構成される場合、中空金属部材１００の少なくとも一部は、本体ブロック２１１，２２１の少なくとも一方に対して溶着されてもよい。軸方向に沿った本体ブロック２１１，２２１の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ以上７ｍｍ以下である。

第１部材２１０と第２部材２２０とが一体化しているとき、本体ブロック２１１の側面２１１ａと、本体ブロック２２１の側面２２１ａとのそれぞれは、互いに接触している。加えて、突出部２２２，２２３は、切欠部２１２，２１３にそれぞれ隙間なく嵌合している。第１部材２１０と第２部材２２０とは、中空金属部材１００の他の部材を用いて一体化されてもよい。例えば、第１部材２１０と第２部材２２０との両方を拘束する拘束部材、第１部材２１０と第２部材２２０との両方を貫通するボルトを含む締結部材等を用いて、第１部材２１０と第２部材２２０とが一体化されてもよい。

凹溝２１４は、金属メンバ２００における開口２０１の一部に相当し、膨張した中央部１０３（具体的には、接触部１０５）に対する被嵌合部である。本実施形態では、方向Ｘから見た凹溝２１４は、略半円形状を呈しており、側面２１１ａから方向Ｙに沿って後退する部分である。方向Ｚに沿った凹溝２１４の幅Ｗ１は、一定ではない。本実施形態では、幅Ｗ１は、方向Ｘにおいて本体ブロック２１１の中心を通る位置にて最大である。加えて、方向Ｘにおいて上記中心から離れるほど、幅Ｗ１が低下する。幅Ｗ１の最大値は、例えば、幅Ｗ１の最大値の１０５％以上１２５％以下である。

凹溝２１４の表面には、凹部２０２が設けられる。凹部２０２は、方向Ｙにおける凹溝２１４の縁よりも奥側に位置している。このため、凹部２０２と凹溝２１４の縁との間には爪部２１６が画成される。凹部２０２は、入口部２０２ａ、底部２０２ｂ、及び、方向Ｙにおいて入口部２０２ａと底部２０２ｂとの間に位置する中間部２０２ｃを有する。方向Ｙにおいて、凹部２０２の後退量は、入口部２０２ａから中間部２０２ｃにかけて上昇し、中間部２０２ｃから底部２０２ｂまで略一定である。このため、方向Ｚにおいて、入口部２０２ａの径Ｄ１は、中間部２０２ｃの径Ｄ２よりも小さくなる。よって、凹部２０２においては、入口部２０２ａから中間部２０２ｃにかけて方向Ｚに沿った径が広がった後、中間部２０２ｃから底部２０２ｂにかけて方向Ｚに沿った径が狭まっている。なお、径Ｄ１は、例えば、径Ｄ２の１０５％以上１２０％以下である。この場合、第１突出部１０５ａが爪部２１６に確実に掛止されるので、方向Ｙに沿った中空金属部材１００と第１部材２１０との分離を防止できる。よって、爪部２１６は、中空金属部材１００と第１部材２１０との方向Ｙに沿った相対移動を規制する規制構造として機能する。加えて、接触部１０５の脆弱部分が入口部２０２ａ及びその周辺に形成されることを防止できる。

凹溝２２４は、金属メンバ２００における開口２０１の他部に相当し、第２突出部１０５ｂに対する被嵌合部である。本実施形態では、凹溝２２４の形状は、凹溝２１４の形状と略同一である。このため、方向Ｚに沿った凹溝２２４の幅Ｗ２は、方向Ｘにおいて本体ブロック２２１の中心を通る位置にて最大である。また、凹溝２２４の表面には、凹部２０２と略同一形状を呈する凹部２０３が設けられる。凹部２０３は、方向Ｙにおける凹溝２２４の縁よりも奥側に位置している。このため、凹部２０３と凹溝２２４の縁部との間には爪部２２６が画成される。凹部２０３は、凹部２０２と同様に、入口部２０３ａ、底部２０３ｂ、及び中間部２０３ｃを有する。この場合、第２突出部１０５ｂが爪部２２６に確実に掛止されるので、方向Ｙに沿った中空金属部材１００と第２部材２２０との分離を防止できる。よって、爪部２２６は、中空金属部材１００と第２部材２２０との方向Ｙに沿った相対移動を規制する規制構造として機能する。加えて、接触部１０５の脆弱部分が入口部２０３ａ及びその周辺に形成されることを防止できる。

図６（ａ）は、開口２０１において凹部２０２，２０３が設けられる第１領域の断面図であり、図６（ｂ）は、開口２０１において凹部２０２，２０３が設けられない第２領域の断面図である。図６（ａ）に示されるように、接触部１０５は、凹溝２１４（すなわち、開口２０１の一部）の形状に沿って膨張している。加えて、第１突出部１０５ａは凹部２０２に嵌合するように膨張している。このため、第１突出部１０５ａの径は、入口部２０２ａから中間部２０２ｃにかけて拡大した後、中間部２０２ｃから底部２０２ｂまでは略一定になる。同様に、接触部１０５は、凹溝２２４の形状に沿って膨張しており、且つ、第２突出部１０５ｂは凹部２０３に嵌合している。このため、第２突出部１０５ｂの径は、入口部２０３ａから中間部２０３ｃにかけて拡大した後、中間部２０３ｃから底部２０３ｂまでは略一定になる。また、接触部１０５において爪部２１６，２２６の形状に沿って膨張する部分は、接続部１０５ｃに相当する。このため上記第１領域においては、接触部１０５の形状は、凹溝２１４，２２４及び凹部２０２，２０３の形状に沿っており、方向Ｙにおける中央部分に爪部２１６，２２６に起因するくびれを有する。一方、図６（ｂ）に示されるように、上記第２領域においては、接触部１０５の形状は略円環形状を呈している。

次に、図７及び図８を参照しながら本実施形態に係る中空構造物１の製造方法を説明する。まず、中空構造物１を成形するための成形装置について説明する。

＜成形装置の構成＞
図７は、成形装置の概略構成図である。図７に示されるように、中空構造物１を成形する成形装置１０は、互いに対となる上型（金型）１２及び下型（金型）１１を有する成形金型（成形部）１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させる駆動機構８０と、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ１４を保持するパイプ保持機構３０と、パイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ１４に通電して加熱する加熱機構５０と、上型１２及び下型１１の間に保持され加熱された金属パイプ１４内にガス（気体）を供給するための気体供給ユニット６０と、パイプ保持機構３０で保持された金属パイプ１４の内部に気体供給ユニット６０からの気体を供給するための一対の気体供給部４０，４０と、成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えると共に、上記駆動機構８０の駆動、上記パイプ保持機構３０の駆動、上記加熱機構５０の駆動、及び上記気体供給ユニット６０の気体供給をそれぞれ制御する制御部７０と、を備える。

成形金型１３は、金属パイプ１４を成形加工するために用いられる型である。このため、成形金型１３に含まれる下型１１及び上型１２のそれぞれには、金属パイプ１４が収容されるキャビティ（凹部）が設けられる（詳細は後述する）。また、成形金型１３は、金属パイプ１４から成形加工された中空金属部材１００を金属メンバ２００に一体化するためにも用いられる。

下型１１は、大きな基台１５に固定されている。下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面にキャビティ１６を備える。下型１１には冷却水通路１９が形成されている。キャビティ１６は、中空金属部材１００の中央部１０３を成形するための窪みである。キャビティ１６には、金属メンバ２００の第２部材２２０を収容するための凹部１６ａが設けられる。本実施形態では、第２部材２２０は凹部１６ａ内に隙間なく収容されているが、これに限られない。第２部材２２０を凹部１６ａ内から容易に取り出す観点から、例えば凹部１６ａと第２部材２２０との間には隙間が設けられてもよい。この場合、凹部１６ａ内における第２部材２２０の位置を定めるため、凹部１６ａ内には第２部材２２０を固定する機構が設けられてもよい。キャビティ１６の底面は、第２部材２２０の側面２２１ａ（図５（ａ）を参照）と面一であってもよい。

下型１１の左右端（図７における左右端）近傍には、電極収納スペース１１ａが設けられている。電極収納スペース１１ａ内には、上下に進退動可能に構成された電極（下側電極）１７，１８が設けられる。下型１１と下側電極１７との間及び下側電極１７の下部、並びに下型１１と下側電極１８との間及び下側電極１８の下部には、通電を防ぐための絶縁材９１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材９１は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータ（不図示）の可動部である進退ロッド９５に固定されている。このアクチュエータは、下側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、下型１１と共に基台１５側に保持されている。

下側電極１７，１８の上面には、金属パイプ１４の下側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａがそれぞれ形成されている（図８（ｃ）を参照）。このため、下型１１側に位置する一対の下側電極１７，１８は、パイプ保持機構３０の一部を構成しており、金属パイプ１４を上型１２と下型１１との間で昇降可能に支えることができる。下側電極１７，１８にて支持される金属パイプ１４は、例えば凹溝１７ａ，１８ａにて嵌め込まれ載置される。下側電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１７ａ，１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ，１８ｂが形成されている。なお、絶縁材９１には、上記凹溝１７ａ，１８ａに連通すると共に、金属パイプ１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。

上型１２は、下型１１と同様に大きな鋼鉄製ブロックによって構成されており、駆動機構８０を構成するスライド８１（詳細は後述）に固定されている。上型１２の下面にはキャビティ２４が形成されている。キャビティ２４は、キャビティ１６と同様に、中空金属部材１００の中央部１０３を成形するための窪みである。キャビティ２４は、下型１１のキャビティ１６に対向する位置に設けられている。上型１２の内部には、冷却水通路２５が設けられている。キャビティ２４には、金属メンバ２００の第１部材２１０を収容するための凹部２４ａが設けられる。本実施形態では、第１部材２１０は凹部２４ａ内に隙間なく収容されているが、これに限られない。第１部材２１０を凹部２４ａ内から容易に取り出す観点から、例えば凹部２４ａと第１部材２１０との間には隙間が設けられてもよい。この場合、凹部２４ａからの第１部材２１０の脱落を防止するため、凹部２４ａ内には第１部材２１０を固定する機構が設けられてもよい。キャビティ２４の底面は、第１部材２１０の側面２１１ａ（図４（ａ）を参照）と面一であってもよい。

上型１２の左右端（図７における左右端）近傍には、下型１１と同様な電極収納スペース１２ａが設けられている。電極収納スペース１２ａ内には、下型１１と同じく、上下に進退動可能に構成された電極（上側電極）１７，１８が設けられる。上型１２と上側電極１７との間及び上側電極１７の上部、並びに上型１２と上側電極１８との間及び上側電極１８の上部には、通電を防ぐための絶縁材９２がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材９２は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータ（不図示）の可動部である進退ロッド９６に固定されている。このアクチュエータは、上側電極１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、上型１２と共に駆動機構８０側に保持されている。

上側電極１７，１８の下面には、金属パイプ１４の上側外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａ，１８ａがそれぞれ形成されている（図８（ｃ）を参照）。このため、上側電極１７，１８は、パイプ保持機構３０の他の一部を構成している。上下一対の電極１７，１８で金属パイプ１４を上下方向から挟持すると、金属パイプ１４の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができる。上側電極１７，１８の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１７ａ，１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂ，１８ｂが形成されている。なお、絶縁材９２には、上記凹溝１７ａ，１８ａに連通すると共に、金属パイプ１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。

図７に戻って、駆動機構８０は、上型１２及び下型１１同士が合わさるように上型１２を移動させるスライド８１と、スライド８１を移動させるための駆動力を発生するシャフト８２と、該シャフト８２で発生した駆動力をスライド８１に伝達するためのコネクティングロッド８３とを備えている。シャフト８２は、スライド８１上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その軸心から離間した位置にて左右端から突出して左右方向に延在する偏心クランク８２ａを有している。この偏心クランク８２ａと、スライド８１の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸８１ａとは、コネクティングロッド８３によって連結されている。偏心クランク８２ａの位置変化をスライド８１に伝達する際に発生するコネクティングロッド８３の揺動（回転運動）は、回転軸８１ａによって吸収される。なお、シャフト８２は、例えば制御部７０によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。

加熱機構（電力供給部）５０は、電力供給源５５、及び、電力供給源５５と電極１７，１８とを電気的に接続する電力供給ライン５２を備える。電力供給源５５は、直流電源及びスイッチを含み、電力供給ライン５２、電極１７，１８を介して金属パイプ１４に通電可能になっている。本実施形態では、電力供給ライン５２は、下側電極１７，１８に接続されているが、これに限られない。制御部７０は、上記加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ１４を焼入れ温度（例えば、ＡＣ３変態点温度以上）まで加熱できる。

一対の気体供給部４０の各々は、ブロック４１を介して基台１５上に載置固定されるシリンダユニット４２と、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動するシリンダロッド４３と、シリンダロッド４３の先端に連結された気体供給ノズル４４とを有する。気体供給ノズル４４の先端には、先細になるように設けられるテーパー面４５が設けられる。また、気体供給ノズル４４の内部には、ガス通路４６が設けられる。

気体供給ユニット６０は、ガス源６１と、このガス源６１によって供給されたガスを貯留するアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２から気体供給部４０のシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２から気体供給部４０の気体供給ノズル４４まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されている圧力制御弁６８及び逆止弁６９と、を有する。圧力制御弁６４は、気体供給ノズル４４の金属パイプ１４に対する押力に適応した作動圧力のガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内でガスが逆流することを防止する役割を果たす。

圧力制御弁６８は、制御部７０の制御により、第２チューブ６７内の圧力を調節するバルブである。例えば、金属パイプ１４を仮膨張させるための作動圧力（以下、第１到達圧力とする）を有するガス（以下、低圧ガスとする）と、中空金属部材を成形するための作動圧力（以下、第２到達圧力とする）を有するガス（以下、高圧ガスとする）とを、第２チューブ６７内に供給する役割を果たす。これにより、第２チューブ６７に接続される気体供給ノズル４４に低圧ガス及び高圧ガスを供給できる。なお、高圧ガスの圧力は、例えば低圧ガスの約２倍～５倍である。

また、制御部７０は、図７に示す（Ａ）から情報が伝達されることによって、熱電対２１から温度情報を取得し、加熱機構５０及び駆動機構８０を制御する。水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９及び上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とを備える。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。なお、図示しないが、成形装置１０は、成形加工物の温度を測定するためのセンサ（例えば、熱電対）を備える。

＜成形装置を用いた中空構造物の成形方法＞
次に、成形装置１０を用いた中空構造物１の成形方法の一例について説明する。以下では、金属パイプ１４及び金属メンバ２００が共に鋼材から構成される場合の成形方法について説明する。

まず、金属パイプ１４及び金属メンバ２００を上型１２及び下型１１の間に準備する（第１工程）。第１工程では、上型１２のキャビティ２４に設けられる凹部２４ａに第１部材２１０を収容すると共に、下型１１のキャビティ１６に設けられる凹部１６ａに第２部材２２０を収容する。続いて、下型１１及び上型１２の間に金属パイプ１４を配置する。この金属パイプ１４は、パイプ保持機構３０の上側電極１７，１８及び下側電極１７，１８によって挟持されている。

電極１７，１８によって挟持された金属パイプ１４は、制御部７０による加熱機構５０の制御によって、通電加熱される。具体的には、制御部７０による加熱機構５０の制御によって金属パイプ１４に電力を供給する。すると、電力供給ライン５２を介して下側電極１７，１８に伝達される電力が、金属パイプ１４を挟持している上側電極１７，１８及び金属パイプ１４に供給される。そして、金属パイプ１４自身の電気抵抗により、金属パイプ１４自体がジュール熱によって発熱する。

次に、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、上型１２と下型１１との間にて金属パイプ１４の外周面に金属メンバ２００を近接させる（第２工程）。第２工程では、制御部７０による駆動機構８０の制御によって、上型１２を下型１１に向かって移動させる。これにより、上型１２と下型１１とを合わせ、中空金属部材１００を成形するためのキャビティ１６，２４による空間を形成する。このとき、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ１４は、キャビティ１６，２４による空間内に位置する。ここで本実施形態では、開口２０１の径は金属パイプ１４の外径よりも大きくなっている。上記第２工程では、上型１２と下型１１とが合わさることによって第１部材２１０と第２部材２２０とが合わさったとき、開口２０１の表面と金属パイプ１４との間には隙間を形成する。この隙間は、例えば０．２ｍｍ以上である。これにより、金属パイプ１４と金属メンバ２００との間におけるスパーク（放電）の発生を防止できる。

なお、金属パイプ１４を通電加熱する前に、上型１２を下型１１側に近づけてもよい。すなわち、金属パイプ１４を加熱する工程は、上記第１工程の最中でもよいし、上記第１工程後でもよいし、上記第２工程後でもよい。いずれの場合であっても、金属パイプ１４と金属メンバ２００とが互いに離間した状態にて、金属パイプ１４を加熱してもよい。例えば上記第２工程後に金属パイプ１４を加熱する場合、金属パイプ１４の通電加熱が完了するまで、開口２０１の表面と金属パイプ１４との間には上記隙間を形成する。

次に、加熱された金属パイプ１４内に気体を供給することによって、金属メンバ２００の表面に沿った形状を呈する第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂを有する中空金属部材１００（図３等を参照）を成形する（第３工程）。第３工程では、まず、加熱された金属パイプ１４内に一度に気体を供給する、もしくは、段階的に気体を供給する。これにより、キャビティ１６，２４内にて金属パイプ１４を膨張させる。具体的には、まず、気体供給部４０のシリンダユニット４２を作動させることによって、気体供給ノズル４４を前進させ、金属パイプ１４の両端に気体供給ノズル４４を挿入する。このとき、各気体供給ノズル４４の先端部４４Ａを金属パイプ１４の両端に挿入してシールする。これにより、金属パイプ１４の内部と、ガス通路４６とが、気密性よく連通する。続いて、制御部７０による気体供給ユニット６０、駆動機構８０、及び開閉弁４７の制御によって、加熱後の金属パイプ１４内に気体（ガス）を供給する。これにより、加熱により軟化した金属パイプ１４が膨張して成形金型１３と接触する。そして、金属パイプ１４は、成形金型１３の形状に沿うように成形される。同時に、金属パイプ１４が第１部材２１０及び第２部材２２０にも接触し、金属パイプ１４において膨張した部分は、第１部材２１０の凹部２０２及び第２部材２２０の凹部２０３の形状に沿うように成形される（図２を参照）。これにより、図６（ａ），（ｂ）に示される断面形状を呈する中空金属部材１００が成形される。特に図６（ａ）に示されるように、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂが凹部２０２，２０３にそれぞれ嵌合されることによって、中空金属部材１００と、金属メンバ２００の第１部材２１０及び第２部材２２０とが一体化する。加えて、金属メンバ２００に対する中空金属部材１００の移動は、第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂと、凹部２０２，２０３とによって規制される。

供給するガスのタイミング、圧力等の調整によって、凹部２０２，２０３に膨張した金属パイプ１４を確実に侵入させる。これにより、凹部２０２に嵌合する第１突出部１０５ａと、凹部２０３に嵌合する第２突出部１０５ｂとを有する中空金属部材１００を良好に成形できる。なお、金属パイプ１４のブロー成形から中空構造物１の成形完了までに至るまでの時間は、金属パイプ１４の種類にもよるが、概ね数秒から数十秒程度である。

ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ１４の外周面は、下型１１のキャビティ１６と上型１２のキャビティ２４とに接触して急冷される。また、金属パイプ１４の外周面は、第１部材２１０及び第２部材２２０にも接触されて冷却される。これにより、金属パイプ１４の焼き入れが実施される。上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されている。このため、金属パイプ１４のキャビティ１６，２４への接触によって、パイプ表面の熱が急激に金型側へと奪われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する（以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする）。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイト等）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を例えばキャビティ２４内に供給することによって冷却が行われてもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型（上型１２及び下型１１）に金属パイプ１４を接触させて冷却し、その後型開きすると共に冷却媒体（冷却用気体）を金属パイプ１４へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。なお、金属パイプ１４において第１部材２１０もしくは第２部材２２０に接触する部分は、金属パイプ１４においてキャビティ１６，２４に接触する部分よりもマルテンサイト変態率が低くてもよい。すなわち、金属パイプ１４において第１部材２１０もしくは第２部材２２０に接触する部分の強度は、金属パイプ１４においてキャビティ１６，２４に接触する部分の強度よりも低くてもよい。

＜作用効果＞
次に、本実施形態に係る中空構造物１の作用効果について説明する。上記成形装置１０を用いて製造された中空構造物１では、中空金属部材１００の膨張部である接触部１０５が、金属メンバ２００の被嵌合部である凹溝２１４，２２４に対して嵌合している。このため、継手部材を用いることなく中空金属部材１００と金属メンバ２００とを一体化できるので、中空構造物１の軽量化を実現できる。加えて、凹溝２１４，２２４には、金属メンバ２００と中空金属部材１００との相対移動を規制する規制構造として機能する凹部２０２，２０３が設けられる。そして第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂは、凹部２０２，２０３に沿った形状をそれぞれ呈しており、且つ、爪部２１６，２２６にそれぞれ掛止されている。これにより、例えば中空金属部材１００に第１突出部１０５ａ及び第２突出部１０５ｂを形成するとき、凹溝２１４の凹部２０２に第１突出部１０５ａを単に嵌合させ、且つ、凹溝２２４の凹部２０３に第２突出部１０５ｂを単に嵌合させるだけで、金属メンバ２００に対する中空金属部材１００の位置を容易且つ確実に固定化できる。したがって本実施形態に係る製造方法を実施することによって、中空構造物１の生産性を向上可能である。さらに本実施形態では、爪部２１６，２２６の存在によって、中空金属部材１００の周方向に沿った金属メンバ２００の回転も良好に規制できる。

本実施形態では、凹部２０２は、入口部２０２ａ、底部２０２ｂ、及び、方向Ｙにおいて入口部２０２ａと底部２０２ｂとの間に位置する中間部２０２ｃを有し、方向Ｚにおいて入口部２０２ａの径Ｄ１は、中間部２０２ｃの径Ｄ２よりも小さい。このため、凹部２０２の入口部２０２ａが第１突出部１０５ａに対して食い込むので、第１突出部１０５ａが入口部２０２ａに対して良好に掛止される。このため、方向Ｙに沿った中空金属部材１００と金属メンバ２００との分離を良好に防止できる。加えて、方向Ｚにおける中空金属部材１００と金属メンバ２００との相対移動も確実に規制できる。

本実施形態では、中空金属部材１００において、第１突出部１０５ａの強度は、他の部分よりも低くてもよい。この場合であっても、第１突出部１０５ａの強度は金属メンバ２００によって補償されるので、中空構造物１の強度を十分に確保できる。

本実施形態では、中空金属部材１００の引張強度は、５９０ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下であってもよい。この場合、中空構造物１の強度を十分に確保できる。

本実施形態では、中空金属部材１００と金属メンバ２００とは、互いにＡｌを含む材料から構成され、接触部１０５の少なくとも一部は、開口２０１の表面に対して溶着してもよい。この場合、中空金属部材１００と金属メンバ２００とが強固に一体化される。

本実施形態では、中空構造物１の製造方法は、金属パイプ１４と金属メンバ２００とが互いに離間した状態にて、金属パイプ１４を加熱する工程を備えてもよい。この場合、金属パイプ１４の加熱時に、金属パイプ１４と金属メンバ２００との間における電蝕の発生を抑制できる。

＜変形例＞
次に、図９～１５を参照しながら、上記実施形態の各変形例について説明する。変形例の説明において上記実施形態と重複する記載は省略し、上記実施形態と異なる部分を記載する。

図９（ａ）は、第１変形例に係る中空構造物の要部を示す拡大断面図である。各図９（ａ）に示されるように、中空構造物１Ａは、互いに異なる材料から構成される中空金属部材１００及び金属メンバ２００、並びに、中空金属部材１００と金属メンバ２００との間に位置する絶縁部材３００を備える。絶縁部材３００は、高い耐熱性及び絶縁性を示し、金属メンバ２００の開口２０１に沿って設けられる。絶縁部材３００の一部３００ａは第１部材２１０の凹溝２１４に沿って設けられ、絶縁部材３００の他部３００ｂは、第２部材２２０の凹溝２２４に沿って設けられる。絶縁部材３００は、例えば開口２０１の表面に貼り付けられる絶縁シート、開口２０１の表面に塗布される絶縁膜等である。

図９（ｂ）は、第１変形例に係る中空構造物の製造方法に含まれる工程を示す概略断面図である。図９（ｂ）に示されるように、上記第１工程では、金属パイプ１４と金属メンバ２００との間に絶縁部材３００を準備する。続いて、例えば、第１部材２１０における凹溝２１４の表面に絶縁部材３００の一部３００ａを設け、第２部材２２０における凹溝２１４の表面に絶縁部材３００の他部３００ｂを設ける。そして、上記第２工程及び上記第３工程を実施することによって、絶縁部材３００を介して中空金属部材１００と金属メンバ２００とが一体化される中空構造物１Ａが製造される。

このような第１変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、絶縁部材３００を用いることによって、例えば金属パイプ１４を通電加熱する際等における電蝕の発生を抑制できる。なお、第１変形例においては、上記第１工程にて絶縁部材３００は金属メンバ２００に設けられているが、これに限られない。例えば、上記第１工程にて、絶縁部材３００は、単に金属パイプ１４と金属メンバ２００との間に配置されてもよい。

図１０は、第２変形例に係る中空構造物を示す概略斜視図である。図１１（ａ）は、図１０のＸＩａ－ＸＩａ線に沿った断面図である。図１０に示される中空構造物１Ｂの金属メンバ２００Ａは、上記実施形態と異なり、単一部材から構成されており、中空金属部材１００が挿通される開口２０１Ａを備える。図１１（ａ）に示されるように、開口２０１Ａの表面には、方向Ｘに交差する方向（例えば、方向Ｙもしくは方向Ｚ等）に延在する凹部２０２Ａが設けられる。上記実施形態と同様に、中空金属部材１００の接触部１０５Ａは、開口２０１Ａの形状に沿った形状を呈する。このため、接触部１０５Ａは、凹部２０２Ａに嵌合する突出部１０６を有し、凹部２０２Ａは突出部１０６に覆われている。

図１２（ａ），（ｂ）は、第２変形例において、金属パイプ及び金属メンバを準備する上記第１工程に用いる搬送治具の一例を示す模式図である。図１２（ａ），（ｂ）に示される搬送治具４００は、方向Ｘに沿って延在する本体部４０１と、方向Ｙに沿って延在する把持部４０２，４０３と、絶縁材４０４とを有する。本体部４０１は、方向Ｘに沿った中心軸を軸として回転可能に構成される。把持部４０２は、金属パイプ１４を把持する部分であり、方向Ｘにおける本体部４０１の一端に設けられる。把持部４０３は、金属パイプ１４を把持する部分であり、方向Ｘにおける本体部４０１の他端に設けられる。絶縁材４０４は、本体部４０１と金属メンバ２００Ａとの接触を防止する部材であり、方向Ｘにおいて把持部４０２，４０３の間に位置している。

このような搬送治具４００を用いて上記第１工程を実施する場合、まず、金属メンバ２００Ａの開口２０１Ａに金属パイプ１４を挿通する。続いて図１２（ａ）に示されるように、把持部４０２，４０３によって、金属パイプ１４の両端部を把持する。このとき、本体部４０１と金属メンバ２００Ａとによって絶縁材４０４を挟持する。続いて、搬送治具４００を移動させることによって、金属パイプ１４及び金属メンバ２００Ａを成形装置１０（図７を参照）へ搬送する。続いて図１２（ｂ）に示されるように、搬送された金属パイプ１４をパイプ保持機構３０の電極１７，１８によって把持する。そして、把持部４０２，４０３から金属パイプ１４を分離させた後、本体部４０１を回転させる。これにより、把持部４０２，４０３を金属パイプ１４から遠ざける。なお、電極１７，１８によって把持された金属パイプ１４は、通電加熱される。

このような第２変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。図１１（ｂ）は、第２変形例の別例を示す断面図である。図１１（ｂ）に示されるように、金属メンバ２００Ｂの開口２０１Ｂの表面には、方向Ｘに交差する方向に延在する凸部２０５が設けられる。このため、接触部１０５Ｂは、凸部２０５に嵌合する膨張部１０７を有し、凸部２０５は膨張部１０７に覆われている。このような別例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

図１３は、第３変形例に係る中空構造物を示す概略斜視図である。図１４（ａ）は、図１３のＸＩＶａ－ＸＩＶａ線に沿った断面図である。図１４（ｂ）は、第３変形例に係る中空構造物の要部拡大側面図である。図１３及び図１４（ａ）に示されるように、中空構造物１Ｃの中空金属部材１００Ａにおける中央部１０３Ａは、断面ハット形状を呈する。また、中空構造物１Ｃの金属メンバ２００Ｃは、方向Ｚに沿って延在する板形状を呈しており、方向Ｙに沿って後退する後退部２３０を有する。後退部２３０は、金属メンバ２００Ｃにおいて中央部１０３Ａに接触する表面から方向Ｙに沿って後退する窪みである。また、中央部１０３Ａは、方向Ｙに沿って延在し、後退部２３０に嵌合する突出部１０８を有する。このため、後退部２３０は、突出部１０８に対する被嵌合部に相当する。なお、突出部１０８は、後退部２３０に向かって膨張した部分である。

後退部２３０は、入口部２３０ａ、底部２３０ｂ、及び、方向Ｙにおいて入口部２３０ａと底部２３０ｂとの間に位置する中間部２３０ｃを含む。図１４（ａ）に示されるように、後退部２３０においては、入口部２３０ａから中間部２３０ｃにかけて方向Ｚに沿った径が広がった後、中間部２３０ｃから底部２３０ｂにかけて方向Ｚに沿った径が狭まっている。このため、入口部２３０ａの径Ｄ１１は、中間部２３０ｃの径Ｄ１２よりも小さい。なお、径Ｄ１１は、例えば、径Ｄ１２の１０５％以上１２０％以下である。この場合、突出部１０８が後退部２３０の入口部２３０ａにて確実に掛止される。加えて、中央部１０３Ａの脆弱部分が入口部２３０ａ及びその周辺に形成されることを防止できる。

このような第３変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。図１５（ａ）は、第３変形例の別例の要部拡大断面図であり、図１５（ｂ）は、第３変形例の別例を示す要部拡大側面図である。図１５（ａ）に示されるように、中空金属部材１００Ｂにおける中央部１０３Ｂは、断面Ｗハット形状を呈する。中央部１０３Ｂは、上記第３変形例と同様に、金属メンバ２００Ｄの開口２０１Ｃに嵌合する突出部１０８Ａを有する。突出部１０８Ａの露出面は、例えば、金属メンバ２００Ｄの表面と面一になっている。方向Ｚに沿った開口２０１Ｃの径は、方向Ｙにおいて中空金属部材１００Ｂから遠ざかるほど大きい。方向Ｚに沿った開口２０１Ｃの最大径は、例えば、方向Ｚに沿った開口２０１Ｃの最小径の１０５％以上１２０％以下である。このような開口２０１Ｃに突出部１０８Ａが嵌合することによって、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態、並びに上記変形例及びその別例に何ら限定されるものではない。

上記実施形態と、上記変形例及びその別例とは、適宜組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態に対して上記第２変形例及びその別例を適宜組み合わせてもよい。具体的には、凹溝の表面に、方向Ｙに交差する方向（例えば、方向Ｘもしくは方向Ｚ）に沿って延在する凸部を設けてもよい。この場合、当該凸部が中空金属部材と金属メンバとの分離を防止する楔として機能する。当該凸部は、金属メンバの回転を防止する楔としても機能する。上記実施形態にて上記凸部が設けられる場合、凹部は設けられなくてもよいし、凹部と凸部との両方が設けられてもよい。また、上記実施形態に設けられる凹部の表面に、上記第２変形例にて示される凹部及び凸部の少なくとも一方がさらに設けられてもよい。図１６は、中央部の要部の一例を示す模式断面図である。図１６に示されるように、金属メンバ２００Ｅの第１部材２１０Ａは、凸部２１８を含む凹部２０２Ｂを有し、第２部材２２０Ａは、凸部２２８を含む凹部２０３Ｂを有する。この場合、凸部２１８，２２８によって、金属メンバの回転等を良好に規制できる。

同様に、上記第３変形例及びその別例に対して、上記第２変形例及びその別例を適宜組み合わせてもよい。具体的には、第３変形例及びその別例における後退部の表面に、方向Ｙに交差する方向（例えば、方向Ｘもしくは方向Ｚ等）に沿って延在する凹部及び凸部の少なくとも一方を設けてもよい。この場合、後退部の径は、一定であってもよい。この場合であっても、凹部及び凸部に膨張部が入り込んで掛止されることによって、上記作用効果が奏される。

上記実施形態等において、凹部においては、入口部から中間部にかけて方向Ｚに沿った径が広がった後、中間部から底部にかけて方向Ｚに沿った径が狭まっているが、これに限られない。例えば、凹部において、入口部から中間部にかけて方向Ｘに沿った径が広がった後、中間部から底部にかけて方向Ｘに沿った径が狭まってもよい。また、凹部において、入口部から底部にかけて方向Ｙに交差する方向であり、且つ、方向Ｘ及び方向Ｚに沿った径が広がってもよい。もしくは、凹部において、入口部から中間部にかけて方向Ｘ及び方向Ｚに沿った径が広がった後、中間部から底部にかけて方向Ｘ及び方向Ｚに沿った径が狭まってもよい。

上記実施形態等において凸部が設けられる場合、凸部の径は一定でもよいし、一定でなくてもよい。例えば、凸部が方向Ｙに沿って延在する場合、方向Ｙに交差する方向における凸部の径は、先端から根元にかけて狭まってもよい。この場合、凸部に沿った膨張部が、凸部に対して強固に掛止される。

上記実施形態等において、凹部及び凸部の少なくとも一方は、複数設けられてもよい。この場合、凹部及び／または凸部に沿った形状を呈する突出部もしくは膨張部に加わる力を分散できるので、突出部もしくは膨張部の破損を抑制できる。

上記実施形態等において、中空金属部材と金属メンバとは、溶接されてもよい。例えば、中空金属部材と金属メンバとに対して隅肉溶接等が実施されてもよい。これにより、中空金属部材と金属メンバとを強固に一体化できる。

図１７は、中空構造物の一例を示す断面図である。図１７に示されるように、中空金属部材１００Ｃは、方向Ｘにおいて金属メンバ２００を挟持するように膨張している。具体的には、中空金属部材１００Ｃは、金属メンバ２００における端部１０１側の表面２００ａに接する膨張部１０９ａと、金属メンバ２００における端部１０２側の表面２００ｂに接する膨張部１０９ｂとを有する。膨張部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれは、方向Ｘから見て略円環形状を呈している。膨張部１０９ａ，１０９ｂは、例えば金属メンバ２００とキャビティ１６，２４の凹部１６ａ，２４ａとの隙間に膨張することによって、形成される。この場合、中空金属部材の軸方向に沿ったずれを良好に抑制できる。

上記第２変形例では、開口の周方向に沿った凹部及び凸部の少なくとも一方が設けられてもよい。この場合、開口には、上記凹部及び／または凸部とは他の凹部及び凸部の少なくとも一方が設けられてもよい。この場合、他の凹部及び／または凸部によって、中空金属部材の周方向に沿った金属メンバの回転を確実に規制できる。

１，１Ａ～１Ｃ…中空構造物、１０…成形装置、１１…下型（金型）、１２…上型（金型）、１３…成形金型（成形部）、１４…金属パイプ、１６，２４…キャビティ、１６ａ，２４ａ…凹部、３０…パイプ保持機構、４０…気体供給部、５０…加熱機構、６０…気体供給ユニット、７０…制御部、８０…駆動機構、１００，１００Ａ～１００Ｃ…中空金属部材、１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ…中央部（膨張部）、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ…接触部、１０５ａ…第１突出部、１０５ｂ…第２突出部、１０６，１０８…突出部、１０７…膨張部、２００，２００Ａ～２００Ｅ…金属メンバ、２０１，２０１Ａ～２０１Ｃ…開口、２０２，２０２Ａ，２０３，２０３Ｂ…凹部、２０２ａ，２０３ａ，２３０ａ…入口部、２０２ｂ，２０３ｂ，２３０ｂ…底部、２０２ｃ，２０３ｃ，２３０ｃ…中間部、２１０…第１部材、２１４，２２４…凹溝、２１６，２２６…爪部、２２０…第２部材、２３０…後退部、３００…絶縁部材。

Claims (10)

1. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、
   前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   根元と、先端と、中間部とを有し、
   前記軸方向、及び、前記第１方向に交差する第２方向の両方において、前記根元の径は、前記中間部の径よりも小さい、
   中空構造物。
2. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記被嵌合部は、前記金属メンバに設けられる凹溝を有し、
   前記規制構造は、前記凹溝の表面に位置すると共に前記膨張部に覆われる凹部及び凸部の少なくとも一方を有し、
   前記凹部は、入口部、底部、及び、前記第１方向において前記入口部と前記底部との間に位置する中間部を有し、
   前記軸方向、及び、前記第１方向に交差する第２方向の両方において、前記入口部の径は、前記中間部の径よりも小さい、中空構造物。
3. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記被嵌合部は、入口部、底部、及び、前記第１方向において前記入口部と前記底部との間に位置する中間部を含む後退部を有し、
   前記軸方向、及び、前記第１方向に交差する第２方向の両方において、前記入口部の径は、前記中間部の径よりも小さい、
   中空構造物。
4. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記被嵌合部は、入口部、底部、及び、前記第１方向において前記入口部と前記底部との間に位置する中間部を含む後退部を有し、
   前記中間部の表面に位置する前記規制構造は、前記軸方向、及び、前記第１方向に交差する第２方向の少なくとも一方に沿って延在すると共に、前記膨張部に覆われる凹部及び凸部の少なくとも一方を有し、
   前記軸方向、及び、前記第１方向に交差する第２方向の両方において、前記入口部の径は、前記中間部の径よりも小さい、
   中空構造物。
5. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記中空金属部材において、前記膨張部の強度は、他の部分よりも低い、
   中空構造物。
6. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記中空金属部材と前記金属メンバとは、互いにＡｌを含む材料から構成され、
   前記膨張部の少なくとも一部は、前記被嵌合部に対して溶着する、
   中空構造物。
7. 軸方向に対して交差する第１方向に突出する膨張部を有する中空金属部材と、
   前記膨張部に対して嵌合する被嵌合部を有する金属メンバと、
   前記膨張部と前記被嵌合部との間に位置する絶縁部材と、を備え、
   前記被嵌合部には、前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動を規制する規制構造が設けられ、
   前記膨張部は、前記被嵌合部に沿った形状を呈すると共に前記規制構造に掛止し、
   前記中空金属部材と前記金属メンバとは、互いに異なる材料から構成される、
   中空構造物。
8. 金属パイプ及び金属メンバを第１の金型及び第２の金型の間に準備する工程と、
   前記第１の金型及び前記第２の金型の少なくとも一方を金型同士が合わさる方向に移動させることによって、前記第１の金型と前記第２の金型との間にて前記金属パイプの外周面に前記金属メンバを近接させる工程と、
   前記金属パイプと前記金属メンバとが互いに離間した状態にて、前記金属パイプを加熱する工程と、
   加熱された前記金属パイプ内に気体を供給することによって、前記金属メンバの表面に沿った形状を呈する膨張部を有する中空金属部材を成形する工程と、を備え、
   前記膨張部は、前記金属メンバの前記表面に設けられる被嵌合部に嵌合しており、
   前記金属メンバと前記中空金属部材との相対移動は、前記被嵌合部に設けられる規制構造に前記膨張部が掛止されることによって規制される、
   中空構造物の製造方法。
9. 前記金属パイプ及び前記金属メンバを準備する前記工程では、前記金属パイプと前記金属メンバとの間に位置する絶縁部材を準備する、請求項８に記載の中空構造物の製造方法。
10. 前記中空金属部材の引張り強さは、５９０ＭＰａ以上である、請求項８または９に記載の中空構造物の製造方法。

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