(57)【要約】【課題】曲げにより溶接打点に生じる剪断応力を安価な方法で軽減する。【解決手段】天板部と二つの縦壁部とを有しコの字状断面あるいはハット形断面を有する長尺形状でその天板部と各縦壁部との間に曲がりを有する車両構造部材を製造する方法であって、前記曲がりの曲げ方向と同じ方向に湾曲した第一と第二の鋼板部材を少なくとも前記縦壁部において溶接部で溶接することにより重ね合わせブランク材を形成する工程と、この溶接された重ね合わせブランク材をプレス成形することにより前記曲がりを有する前記車両構造部材を形成する工程とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板部と二つの縦壁部とを有しコの字状断面あるいはハット形断面を有する長尺形状でその天板部と各縦壁部との間に曲がりを有する車両構造部材を製造する方法であって、
前記曲がりの曲げ方向と同じ方向に湾曲した第一と第二の鋼板部材を少なくとも前記縦壁部において溶接部で溶接することにより重ね合わせブランク材を形成する工程と、
この溶接された重ね合わせブランク材をプレス成形することにより前記曲がりを有する前記車両構造部材を形成する工程とを含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、
平板状の前記第一と第二の鋼板部材を重ね合わせる工程をさらに含み、
前記溶接の工程においてこの重ね合わされた前記第一と第二の鋼板部材を湾曲状態に保持しながら溶接する方法。
【請求項３】
請求項１の方法であって、
前記第一と第二の鋼板部材をそれぞれ塑性加工により湾曲形状とする工程をさらに含み、
前記溶接の工程においてこの湾曲した前記第一と第二の鋼板部材を重ね合わせた状態で溶接を行う方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの方法であって、
前記プレス成形の工程において熱間プレスにより成形する方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの方法であって、
前記車両構造部材がセンターピラーまたはバンパーリインフォースメントであり、前記第二の鋼板部材が前記第一の鋼板部材を補強するための補強部材であって、前記溶接の工程においてこの第一と第二の鋼板部材が第一の鋼板部材の側に凸となるような方向に湾曲している方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両構造部材を製造する方法に関するものであり、より詳しくは、天板部と二つの縦壁部とを有しコの字状断面あるいはハット形断面を有する長尺形状でその天板部と各縦壁部との間に曲がりを有する車両構造部材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両には熱間プレスや冷間プレスにより様々な形状に成形された構造部材が用いられる。このような構造部材は、軽量化のため、全体の板厚を増すのではなく必要な部分だけ局所的に補強することがある。例えば、自動車のピラー（特にセンターピラー）は側突に対する強度が要求される部材であり、自動車の外形に沿って湾曲する上部が補強されることが多い。詳しく言うと、ピラーは通常アウター部材とインナー部材が閉断面を成すように溶接されて構成されており、このアウター部材が局所的に補強される。
【０００３】
このような局所的に補強された構造部材を製造するには、例えば、本体部材（例えばアウター部材）と補強部材を別個にプレス成形してから互いに溶接する方法や、本体となるブランク材と補強用のブランク材とを重ね合わせて溶接したもの（重ね合わせブランク材、あるいはパッチワークブランク材という）に対してプレス成形をするパッチワークと呼ばれる方法がある。一般に、後者のパッチワーク法によれば、一回のプレス工程で本体部材と補強部材を成形するので金型に掛かる費用を抑えることができるとともに、重ね合わせ面に溶接のための面出しをする必要がないという利点がある。このような方法で製造される構造部材は、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２４０２９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２８９５５号公報
【特許文献３】特開２０１４−０２８３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パッチワーク法では、プレス成形の時点で既に本体部材と補強部材が複数の溶接個所で拘束されているため、曲げの際、線長差に起因して曲げの内側にある部材には面内方向に圧縮、外側にある部材は面内方向に引っ張りが生じる傾向にある。このため、溶接打点のナゲットに剪断応力が生じる。プレス成形が完了するまでに溶接部がこの応力で破断しないようにするには、スポット溶接のナゲット径を大きくすることが考えられる。しかし、この方法では溶接に要する電力や加圧時間が増加し、費用がかさむ。したがって、曲げにより溶接打点に生じる剪断応力を安価な方法で軽減することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のひとつの態様は、天板部と二つの縦壁部とを有しコの字状断面あるいはハット形断面を有する長尺形状でその天板部と各縦壁部との間に曲がりを有する車両構造部材を製造する方法であって、前記曲がりの曲げ方向と同じ方向に湾曲した第一と第二の鋼板部材を少なくとも前記縦壁部において溶接部で溶接することにより重ね合わせブランク材を形成する工程と、この溶接された重ね合わせブランク材をプレス成形することにより前記曲がりを有する前記車両構造部材を形成する工程とを含む方法である。
【０００７】
実施形態によっては、平板状の前記第一と第二の鋼板部材を重ね合わせる工程をさらに含み、前記の溶接の工程においてこの重ね合わされた前記第一と第二の鋼板部材を湾曲状態に保持しながら溶接する。
【０００８】
実施形態によっては、前記第一と第二の鋼板部材をそれぞれ塑性加工により湾曲形状とする工程をさらに含み、前記の溶接の工程においてこの湾曲した前記第一と第二の鋼板部材を重ね合わせた状態で溶接を行う。
【０００９】
実施形態によっては、前記のプレス成形する工程において熱間プレスにより成形する。
【００１０】
実施形態によっては、前記車両構造部材がセンターピラーまたはバンパーリインフォースメントであり、前記第二の鋼板部材が前記第一の鋼板部材を補強するための補強部材であって、前記の溶接の工程においてこの第一と第二の鋼板部材が第一の鋼板部材の側に凸となるような方向に湾曲している。
【発明の効果】
【００１１】
各実施形態によれば、湾曲させた状態で溶接することにより、その後のプレスによる曲げの際に二つの鋼板部材の拘束部間の線長差に起因する歪みを抑え、溶接打点に生じる剪断応力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一つの実施形態としての自動車のセンターピラーの側面図であり、インナー部材は取り除いている。
【図２】図１のセンターピラーのＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】一つの実施形態として、二つのブランク材を重ねて治具で湾曲状態に保持しながら溶接することにより重ね合わせブランク材を形成する製造方法を説明する断面図である。
【図４】別の実施形態として、二つのブランク材をあらかじめ湾曲形状に塑性加工し、これを重ねて溶接することにより重ね合わせブランク材を形成する製造方法を説明する断面図である。
【図５】曲げによる溶接部の剪断応力の発生と湾曲した重ね合わせブランク材を用いることによる効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の各種実施例について図面を参照しながら説明する。なお以下の実施例のうち実質的な差異がない部分については同一または類似の符号を付して説明の繰り返しを避ける。
【００１４】
図１は、一つの実施形態としての自動車のセンターピラー１０（Ｂピラー）のアウター部材１２を車内側から見た図である。他の実施形態として、センターピラー以外にもバンパーリインフォースメントなど、コの字断面やハット形断面を有する長尺形状の様々な車両構造部材が考えられるが、以下では基本的にセンターピラー１０を例に挙げて説明する。
【００１５】
図２に示すように、センターピラー１０は基本的には鋼板部材であるアウター部材１２とインナー部材１４が閉断面を成すように組み合わされて構成される。そして、このセンターピラー１０の外側にはサイドメンバ―と呼ばれる自動車の外装部材（図示なし）が取り付けられる。アウター部材１２は通常、車外側に向けられる天板部１８と、その端から同じ側（車内側）に延びる二つの縦壁部２０と、この縦壁部２０の端から互いに離れる方向に延びるフランジ部２２とを有し、全体的にハット形断面を有する。図１、図２に示すように、アウター部材１２の内側には必要に応じて部分的に補強のためのパッチ部材１６が張り付けられる。パッチ部材１６は天板部１８から両側の縦壁部２０の一部に掛かるように配置される。
【００１６】
このようなセンターピラー１０を製造するために本願ではパッチワーク法を用い、鋼板からなるアウター部材１２用のブランク材とパッチ部材１６用の面積の狭いブランク材（補強ブランク材）とをあらかじめ重ね合わせた状態で溶接しておき、これを所望の形状にプレス成形する。鋼板は、部品に要求される防錆性能に応じてＡｌ−Ｓｉめっき鋼板などのめっき鋼板や、めっき無しの裸材を用いることができる。
【００１７】
図３は、一つの実施形態としてのセンターピラー１０の製造方法を示している。ただし、この図ではアウター部材１２のフランジ部２２を省略して描いている。まず、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、アウター部材１２とパッチ部材１６の平板状のブランク材を重ね合わせ、複数の治具４０を用いて最終的なプレス成形工程での縦壁部２０の曲げと同じ方向に弾性的に湾曲させる。なお、ここで言う同じ方向への湾曲とは、湾曲の凸方向が曲げの凸方向と同じ側に向くようにするという意味である。このときの曲率半径は例えば２０００ｍｍとすることができる。次に、図３（Ｃ）に示すように、治具４０で湾曲状態に保持したまま、二つのブランク材を複数の溶接打点Ｗで溶接し、重ね合わせブランク材（パッチワークブランク材）２４を形成する。各図ではスポット溶接による各溶接打点の位置を×印で表している。なお、スポット溶接に代えて、レーザー溶接など任意の適切な溶接方法を用いることもできる。ブランク材を湾曲させるための治具４０は、溶接で一般に行われるクランプに用いるものを利用し、空気圧あるいは油圧で作動させることができる。溶接が完了すると、アウター部材１２とパッチ部材１６のブランク材は複数の溶接打点により互いに拘束されるため、治具４０による荷重を取り除いても湾曲形状はある程度維持されることもあるが、ほとんど平板上に戻ることもある。溶接工程で通常行うクランプと同等の簡便さで二つの鋼板部材を湾曲させることができる。最後に、この湾曲した重ね合わせブランク材２４を図３（Ｄ）に示すように所望の形状にプレス成形する。プレス成形は熱間（プレスクエンチ）で行っても、冷間で行ってもよい。具体的には、重ね合わせブランク材２４を下型５０の上にセットし、その天板部１８を先行して接触する中央の上型５２で押さえ付け、続いて縦壁部２０を両側の上型５４で下に押し曲げる。なお、中央の上型５２と両側の上型５４を分割する代わりに、一体化した上型を用いて天板部１８の押さえ付けと縦壁部２０の押し曲げを順次行ってもよい。その後、図２に示すようにインナー部材１４をアウター部材１２のフランジ部２２に溶接して閉断面を有するセンターピラー１０を形成する。なお、別個にプレス成形したアウター部材と補強部材を重ね合わせる場合、成形精度のばらつきがあるため、それらを密着させることは特に高強度材料を用いた場合には困難である。したがって、補強部材に溶接座面を打点ごとに複数設定するなど、余分な構造が必要となる。しかし、上記のようにパッチワーク法を用いた場合、プレスによりアウター部材１２とパッチ部材１６とをよく密着させることができる。
【００１８】
図４は、別の実施形態としてのセンターピラー１０の製造方法を示している。ただし、この図ではアウター部材１２のフランジ部２２を省略して描いている。まず、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、アウター部材１１２とパッチ部材１１６のブランク材をそれぞれ個別に金型にセットし、最終的なプレス成形工程での縦壁部２０の曲げと同じ方向にプレスで湾曲形状に塑性加工する。なお、プレス以外の塑性加工によって湾曲形状を形成することもできる。アウター部材１１２とパッチ部材１１６のブランク材の湾曲形状はほぼ同じとなるようにするのがよい。このため、場合によっては二つのブランク材に同じ金型を利用することも可能である。二つのブランク材の曲率半径は、除荷によるスプリングバック分を考慮して、例えばいずれも２００ｍｍ程度とすることができる。次に、図４（Ｃ）に示すように、この湾曲したアウター部材１１２とパッチ部材１１６のブランク材を重ね合わせ、複数の溶接打点Ｗでスポット溶接し、湾曲した重ね合わせブランク材１２４を形成する。なお、スポット溶接に代えて、レーザー溶接など任意の適切な溶接方法を用いることもできる。溶接の際にはアウター部材１１２とパッチ部材１１６のブランク材を治具（図示なし）で適宜クランプしながら行う。最後に、この湾曲した重ね合わせブランク材１２４に図４（Ｄ）に示すようにプレス成形を施して所望の形状とする。この最後のプレス成形の工程は、図３を用いて説明した上述の方法と同様に行うことができる。
【００１９】
以上に説明したいずれの方法でも、最終的なプレス成形を行う前の重ね合わせブランク材２４、１２４は縦壁部２０を曲げる方向と同じ方向に湾曲している。プレス成形工程でこの湾曲した重ね合わせブランク材２４をさらに曲げる際、図５（Ａ）に示すようにアウター部材１２とパッチ部材１６が天板部１８では中央の上型５２によって互いに拘束されるとともに、縦壁部２０では溶接部３２によって互いに拘束されている。したがって、曲げが進行するにしたがって、アウター部材１２とパッチ部材１６にはこれらの拘束部の間で線長差が発生する。これにより、曲げの内側にあるパッチ部材１６は圧縮を受け、外側にあるアウター部材１２は引っ張りを受ける。最初は拘束される天板部１８の終端と溶接打点の中央に応力が集中するが、その後、図５（Ｂ）に示すように溶接部３２に矢印で示すような剪断応力が生じる。しかし、図５（Ａ）にあったようにここで用いている重ね合わせブランク材２４は溶接の時点で既に縦壁部２０を曲げる方向と同じ方向に湾曲していたため、平板状のブランク材を溶接して形成した重ね合わせブランク材をプレスする場合と比べると溶接打点に生じる剪断応力は軽減されている。例えば、板厚がそれぞれ２．０ｍｍと１．８ｍｍである二枚のブランク材を重ねて一定の曲率半径Ｒ＝２０００ｍｍで湾曲させ、その湾曲状態を保持しながら互いに２００ｍｍ離れた二つの溶接打点で溶接する場合を考える。このとき、湾曲により二つの鋼板部材の中立面で溶接打点間に生じる線長差は約０．２ｍｍとなる。したがって、最終的なプレス成形でこの重ね合わせブランク材の溶接打点間に曲がりを一つ形成すると、平板状態で溶接した場合と比べてこの０．２ｍｍの線長差に相当する剪断応力が軽減されることになる。なお、図示しないが、場合によってはパッチ部材１６はアウター部材１２の外側に張り付けることもできる。この場合も上記と同様に湾曲した重ね合わせブランク材を用いることによって、溶接打点に生じる剪断応力を軽減する効果を得ることができる。なお、フランジ部２２（図５では省略）の曲げ方向は重ね合わせブランク材２４の湾曲方向と逆になるが、パッチ部材１６はフランジ部２２まで延びておらずフランジ部２２に溶接打点が存在しないため、当然ながら問題にならない。
【００２０】
以上、本発明を具体的な実施例で説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者であれば本発明の目的を逸脱することなく様々な置換、改良、変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０   センターピラー
１２   アウター部材
１４   インナー部材
１６   パッチ部材
１８   天板部
２０   縦壁部
２２   フランジ部
２４   重ね合わせブランク材
３２   溶接部
４０   治具
Ｗ     溶接打点
【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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