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車体骨格部材及びその製造法
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- 【要約】
【課題】屈曲部を起点として早期の大きな折れ曲がり変形の発生、製造コストの上昇を抑制、軽量化を図る車体骨格部材を提供する。
【解決手段】残余部2−1〜2−3が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体0aの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第1の突出部4を有する。第1の突出部4は、いずれもスポット溶接可能高さを有するフランジ4a,4bと、2つのフランジ4a,4bを重ね合わせて溶接するレーザー溶接部4cとを有する。屈曲部3−1、3−2は、焼入れ組織を有するとともに、筒状体0aの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第2の突出部5を有する。第2の突出部5は、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する1つのフランジ5aと、パネル5bと、1のフランジ5aの側面にパネル5bの端面5dを突き合わせて溶接するレーザー溶接部5cとを有する。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項1】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する1又は2以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第1の突出部を有し、当該第1の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、該2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第2の突出部を有し、当該第2の突出部は、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する1つのフランジと、パネルと、前記1のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有すること
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項2】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する1又は2以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第1の突出部を有し、当該第1の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、該2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないこと
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項3】
前記残余部は、前記筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び/又は、前記屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部である請求項1又は請求項2に記載された車体骨格部材。
【請求項4】
前記屈曲部は780MPa以上の引張強度を有する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された車体骨格部材。
【請求項5】
前記残余部は、780MPa未満の引張強度を有する請求項4に記載された車体骨格部材。
【請求項6】
前記屈曲部の比(R/D)は0〜2%であり、前記残余部の比(R/D)は2%を超える請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された車体骨格部材。
ただし、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項7】
下記第1の部分及び下記第2の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第1の部分に存在する時には、当該第1の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比(R/D)が2%以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第2の部分に存在する時には、当該第2の部分に、比(R/D)が2%を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第1の部分:前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第1の突出部を有し、当該第1の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、該2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第2の部分:前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第2の突出部を有し、当該第2の突出部が、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する1つのフランジと、パネルと、前記1のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
であり、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項8】
下記第1の部分及び下記第2の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第1の部分に存在する時には、当該第1の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比(R/D)が2%以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第2の部分に存在する時には、当該第2の部分に、比(R/D)が2%を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第1の部分:前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第1の突出部を有し、当該第1の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、該2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第2の部分:前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さない。
であり、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項9】
前記筒状体は、ロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される請求項7又は請求項8に記載された車体骨格部材の製造法。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車体骨格部材及びその製造法に関し、具体的には、自動車車体を構成するサイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等の車体骨格部材と、その製造法とに関する。
【背景技術】
【0002】
近年の自動車車体は、軽量化及び生産性の観点から、旧来のいわゆるフレーム構造(梯子状のフレームに、エンジン、ラジエター、サスペンション、トランスミッション、デファレンシャル、燃料タンク等の主要部品を搭載・装着するとともに、エンジンコンパートメント、キャビンおよびトランクルームからなるボディを被せる構造)に替えて、フレームとボディとを一体構造としたモノコックボディ(ユニット・コンストラクションボディ)が用いられる。
【0003】
モノコックボディは、アンダーボディ(プラットフォーム)と一体化されたボディの要所に配置された各種の車体骨格部材(例えば、サイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等)を備える。
【0004】
これらの車体骨格部材は、充分な剛性や強度を確保するとともに製造コストを抑制するため、通常、(a)図4に示すような第1の略ハット部材40と第2の略ハット部材41とを、それぞれのフランジ部40a、41aによりスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部42a,42aを有する閉断面の筒状体42(例えば特許文献1の図1参照)、(b)図5に示すような、板材を例えばロールフォーミングやプレス成形により所定の断面形状に丸めて成形体43とし、成形体43の二つの縁に形成したフランジ部43a、43a同士をスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部44aを有する閉断面の筒状体44(例えば特許文献2参照)、(c)図6に示すような例えばハイドロフォーミング工法や、鋼管の曲げ加工により成形した突出部を有さない筒状体45(例えば特許文献3参照)等により構成される。
【0005】
衝突事故時に負荷される衝撃荷重は、主にこれらの車体骨格部材をなす筒状体42、44、45の軸方向(図4〜6における紙面に直交する方向)へ順次伝播・分散される。車体に加えられた衝撃エネルギーは、最終的に、これらの筒状体42、44、45が軸方向へ圧潰したり屈曲したりすることによって車体全体によって吸収され、これにより、キャビンに生存空間を確保しながら、乗員に加えられる衝撃エネルギーが軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭58−105881号公報
【特許文献2】特開2010−75945号公報
【特許文献3】特開2000−219163号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1により開示された車体骨格部材の筒状体42は突出部42a、42aを備える閉断面を有するとともに、特許文献2により開示された車体骨格部材の筒状体44も突出部44aを備える閉断面を有する。また、車体骨格部材の筒状体42、44は、軸方向へ向けて真っ直ぐに形成されることは稀であり、他部品との干渉を避けるためや必要な空間を確保するために、軸方向へ比較的小さな曲率半径で屈曲したり、あるいは比較的大きな曲率半径で湾曲して形成される。
【0008】
このため、筒状体42、44の軸方向へ負荷される衝撃荷重により、最も変形しやすい部位は屈曲部であり、この部分の強度を高めることが重要であるとともに、衝撃荷重による変形の安定性を確保することが、部品の性能上重要である。
【0009】
筒状体42、44のように、部分的に強度を高めたとしても、屈曲部に大きな突出部を有する場合には、変形のばらつきが大きくなる場合が多い。すなわち、大きな突出部は比較的自由に変形できるため、最も応力が高くなる突出部先端の部分の、接合強度のばらつきの影響を受けやすいのである。
【0010】
特許文献3により開示された車体骨格部材の筒状体45は、突出部を有さないので、このような課題は存在しないとともに製品によっては20%以上の軽量化を図ることが可能になる。しかし、筒状体45は、突出部を有さないことから、突出部を介して例えばスポット溶接やボルト締結等によって他の部材と接合することができない。筒状体45を他の部材と接合するためには、アーク溶接を用いざるを得なくなるが、自動化の困難性、タクトタイムの増加、さらには溶接後の製品寸法精度や品質の低下といった問題がある。
【0011】
また、筒状体45は、その形状によっては例えばハイドロフォーミング工法により成形する必要があることから、筒状体42、44に比べて製造コストの上昇も否めない。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、車体骨格部材を構成する筒状体の屈曲部は、フランジを有さないか或いは高さの低いフランジを有する高強度部とするとともに、屈曲部以外の部分(例えば直線部や湾曲部)はフランジを有するとともに前記屈曲部よりも強度が低い部分とすることによって、筒状体の軸方向へ負荷される衝撃荷重によっても屈曲部を起点として大きな折れ曲がり変形の早期の発生を抑制しながら屈曲部の変形の安定性を確保することができ、製造コストの上昇を抑制でき、さらには、筒状体の軽量化も図れることを知見し、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。
【0013】
本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する1又は2以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、(a)残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第1の突出部を有し、この第1の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、この2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ(b)屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第2の突出部を有し、この第2の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する1つのフランジと、パネルと、1つのフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有することを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【0014】
本発明は、第1の部分及び第2の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有し、例えばロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第1の部分に存在する時には、第1の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比(R/D)が2%以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第2の部分に存在する時には、第2の部分に、比(R/D)が2%を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【0015】
ただし、第1の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第1の突出部を有し、この第1の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。また、第2の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第2の突出部を有し、この第2の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する1つのフランジと、パネルと、1のフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。さらに、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【0016】
別の観点からは、本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する1又は2以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第1の突出部を有し、この第1の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、これら2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ、屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないことを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【0017】
本発明は、下記第1の部分及び下記第2の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第1の部分に存在する時には、第1の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比(R/D)が2%以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第2の部分に存在する時には、第2の部分に、比(R/D)が2%を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【0018】
ただし、第1の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第1の突出部を有し、この第1の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する2つのフランジと、これら2つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、第2の部分は、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さず、さらに、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【0019】
これらの本発明では、残余部が、筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び/又は、屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部であることが望ましい。
これらの本発明では、屈曲部が780MPa以上の引張強度を有することが望ましく、1200MPa以上の引張強度を有することがさらに望ましく、1400MPa以上の引張強度を有することがよりいっそう望ましい。
【0020】
これらの本発明では、残余部が980MPa未満の引張強度を有することが望ましく、780MPa未満の引張強度を有することがさらに望ましい。
これらの本発明では、屈曲部の比(R/D)は0〜2%であり、残余部の比(R/D)は2%以上であることが望ましい。ただし、Rは図芯の曲げ半径であり、Dは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、屈曲部を起点として早期の大きな折れ曲がり変形の発生を抑制できるとともに屈曲部の変形の安定性を確保することができ、他の部材との接合性も良好であって、製造コストの上昇を抑制することができ、さらに軽量化を図ることができる車体骨格部材を提供することが可能になる。
- 【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】図1(a)は、本発明に係る車体骨格部材の素材の形状を示す説明図であり、図1(b)は、本発明に係る車体骨格部材の形状を示す説明図であり、図1(c)は、素材の第1の部分の横断面図であり、図1(d)は、素材の第2の部分の横断面図であり、図1(e)は、他の素材の第1の部分の横断面図であり、図1(f)は、他の素材の第2の部分の横断面図である。
【図2】図2は、車体骨格部材を製造するために用いる曲げ加工装置の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。
【図3】図3は、第1の産業用ロボット、第2の産業用ロボットおよび第3の産業用ロボットの構成例を示す説明図である。
【図4】従来の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図5】従来の他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図6】従来のさらに他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
- 【公開番号】特開2012−25335(P2012−25335A)
【公開日】平成24年2月9日(2012.2.9)
【発明の名称】車体骨格部材及びその製造法
- 【出願番号】特願2010−168225(P2010−168225)
【出願日】平成22年7月27日(2010.7.27)
【出願人】
【識別番号】000002118
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
- 【代理人】
【識別番号】100081352
【弁理士】
【氏名又は名称】広瀬 章一
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