(57)【要約】【課題】バルクヘッドやレインホースメントなどの補強部品を部品内部の所定の位置に設置する方法およびそれにより製造された骨格部品を提供することを目的とする。【解決手段】金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した長手方向に略直線状の閉断面構造部材とし、該閉断面構造部材を長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状に成形した後に、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した長手方向に略直線状の閉断面構造部材とし、該閉断面構造部材を長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状に成形した後に、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法。
【請求項２】
閉断面構造部材とした際にその長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状となるように、予め金属板に加工を施し、該金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合し、長手方向に略直線状で、かつ長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状を有する閉断面構造部材とし、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法。
【請求項３】
金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形するとともに、該金属板を閉断面構造部材とした際にその長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状となるような加工を施し、その後、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合し、長手方向に略直線状で、かつ長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状を有する閉断面構造部材とし、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３項のいずれか１項に記載の製造方法により製造された車輌用骨格部品。
【請求項５】
前記筒状の閉団面構造部材と補強部品が接合されていることを特徴とする請求項４記載の車両用骨格部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌用骨格部品、特に閉断面構造を有する自動車用の車体フレームなどに用いられる車輌用骨格部品の製造方法およびそれにより製造された車輌用骨格部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉断面構造を有する車輌用骨格部品には、金属板を略ハット形状にプレス成形し、ハット形状部材同士を反対向きに突き合わせてフランジ部をスポット溶接などにより接合した閉断面構造や、素材として金属管を用いて回転引き曲げやハイドロフォーミングなどにより目標形状に成形した閉断面部品や、金属板をロール成形などにより略円形や多角形断面の筒状に成形し、板の端部同士を溶接などにより接合することで閉断面構造とした部品などが用いられている。
【０００３】
しかし、閉断面構造は、構造部材が長手方向に長尺になると、閉断面内部が空洞であるため、例え高強度の素材を用いたとしても部品の曲げ剛性やねじれ剛性は著しく低下するという問題がある。この対策として、剛性低下を補うための補強部品としてバルクヘッドと呼ばれる補強部品を閉断面構造内に設置するのが一般的であり（図1）、バルクヘッドは閉断面構造部材の長手方向に略垂直に隔壁を構成するように、閉断面内部に挿入されるのものである。
【０００４】
本補強部品は、ハット部材同士を溶接する閉断面構造部材では、ハット部材同士を溶接する際に、その内部に設置して溶接すればよく、比較的簡便な剛性向上手法として広く用いられている。
【０００５】
また、一定断面形状の閉断面構造部材の場合、部材強度は長手方向に略一定となるため、車体の性能向上のために骨格部材の特定の部位を補強するためには、レインホースメントと呼ばれる補強部品を骨格部材の中に取付けるのが一般的である（図２）。
【０００６】
この場合は図２に示すように略コの字断面の閉断面部品などを用いることが多い。バルクヘッドと同じく本補強部品は、ハット部材同士を溶接する際にその内部に設置して溶接すればよく、適用が容易である。
【０００７】
金属板をロール成形などにより略円形や多角形断面の筒状に成形し、板の端部同士を溶接などにより接合することで閉断面構造とした部品では、加工後にその内部にバルクヘッドやレインホースメントを挿入し取付けることは困難である。
【０００８】
特許文献１には、略一定断面形状を有する管状部材に補強部品を挿入し、部材の強度を向上させる手法が開示されているが、その補強部品を所定の位置に設置する方法の詳細は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３１３９９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、金属管を素材として用いハイドロフォームにより成形された構造部品や、金属板を素材として用いロール成形などにより筒状に成形された構造部品では、その内部にバルクヘッドやレインホースメントなどの補強部品を挿入し、所定の位置に取付けることができないという問題がある。
【００１１】
また、仮に端部の開口部より補強部品を挿入しても、補強部品を所定の位置に精度良く簡便に設置することができないという問題がある。そのため、剛性・強度向上手法として構造部材内部に補強部品を設置することができず、長尺部品における補強部品の取付け方法の開発が望まれている。
【００１２】
本発明は、車輌用フレームなどに用いられる骨格部品に好適な車輌用骨格部品の製造方法であって、金属板をプレス加工やロール成形などにより略円形または多角形断面の筒状に加工して、板端部同士を溶接やかしめなどにより接合する閉断面構造部品に対し、バルクヘッドやレインホースメントなどの補強部品を部品内部の所定の位置に精度よく設置する方法およびそれにより製造された骨格部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。
【００１４】
第一の発明は、金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した長手方向に略直線状の閉断面構造部材とし、該閉断面構造部材を長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状に成形した後に、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法である。
【００１５】
第二の発明は、閉断面構造部材とした際にその長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状となるように、予め金属板に加工を施し、該金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合し、長手方向に略直線状で、かつ長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状を有する閉断面構造部材とし、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法である。
【００１６】
第三の発明は、金属板を略円形または多角形断面の筒状に成形するとともに、該金属板を閉断面構造部材とした際にその長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状となるような加工を施し、その後、板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合し、長手方向に略直線状で、かつ長手方向の少なくとも一箇所以上の部位で断面形状が異なった形状を有する閉断面構造部材とし、前記閉断面構造部材の開口端部より補強部品を挿入し、断面形状が異なった部位に補強部品を押し当てることにより、補強部品の取付け位置を決めて取付けることを特徴とする車輌用骨格部品の製造方法である。
【００１７】
第四の発明は、第一乃至第三の発明のいずれか１つの発明に記載の製造方法により製造された車輌用骨格部品である。
【００１８】
第五の発明は、前記筒状の閉団面構造部材と補強部品が接合されていることを特徴とする第四の発明に記載の車両用骨格部品である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来バルクヘッドやレインホースメントなどの補強部品を挿入することができずに、部材の曲げ・ねじり剛性を向上させたり、部材の強度を局部的に向上させることが困難であった、金属板を筒状に成形し板端部同士を接合した車輌骨格用の閉断面構造部品に対し、開口端部から補強部品を挿入し、補強部品を所定の位置に簡便に設置することができるようになる。
【００２０】
また本発明によれば、骨格部品全体の剛性を向上させたり、強度が必要な部位を局部的に補強することができるようになるため、効率的な車体設計により、車体を軽量化することができ、自動車用骨格部品に適用した場合には燃費改善効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】閉断面構造部材にバルクヘッドを適用する方法を説明する図である。
【図２】閉断面構造部材にレインホースメントを適用する方法を説明する図である。
【図３】ロール成形やプレス成形で作成された閉断面構造部材を示す図である。
【図４】異なる断面形状を有する閉断面構造部材を示す図である。
【図５】補強部品の挿入方法１を説明する図である。
【図６】補強部品の挿入方法２を説明する図である。
【図７】補強部品の挿入方法３を説明する図である。
【図８】補強部品の挿入方法４を説明する図である。
【図９】ねじり剛性評価方法を説明する図である。
【図１０】曲げ剛性評価方法を説明する図である。
【図１１】実施例で作成した部材の断面寸法を説明する図である。
【図１２】本発明による剛性向上効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
一般に、ハット曲げ部材同士を突き合わせてフランジ部を溶接し閉断面構造を構成する骨格部品の場合、図1に示すように片側のハット部材２側にバルクヘッド1を挿入し、バルクヘッド1のフランジ部とハット部材２の壁部を溶接した後、もう一方のハット部材３で蓋をするように閉じて、ハット部材２、３のフランジ部を溶接することで組み立てることが可能である。図２に示すようなレインフォースメントを挿入する場合でも同じことが言える。
【００２３】
これに対し図３に示すような、金属板をロール成形やプレス成形などにより筒状に成形し、板端部を溶接などにより接合した閉断面構造部材４の場合には、組み立て後にバルクヘッドやレインフォースメントを挿入する場合には端部の開口部より挿入するしか方法がない。このような場合には、略一定断面形状を有する筒状の閉断面構造の場合、補強部品を所定の位置に簡便に設置することが困難であった。
【００２４】
この問題を解決するためには、図４に示すように、長手方向に略一定断面形状を有した筒状の閉断面構造に対し、補強部品を設置したい部位の断面形状を変更するように成形する方法が有効である。図４の場合は閉断面構造の断面形状（周長）を長手方向の途中で変化させている。このような長手方向の途中で断面形状を変化させるような成形は、以下の３種類のどの段階で行ってもよい。
【００２５】
（１）閉断面構造部材とした後（筒状に成形し、端部を接合した後）
（２）金属板を筒状に成形する前（予め金属板を所定の形状に加工した後に筒状に加工し端部接合）
（３）金属板を筒状に成形する途中あるいは、成形後で、かつ端部接合する前
このようにすることで図５に示すように、閉断面構造部材と略同一形状に加工した補強部品７、８を開口部より挿入した場合に、閉断面構造部材６の断面形状が変化した部分で補強部品７、８が突き当たり停止するので、所定位置に補強部品７、８を設置することが可能となり複雑な位置決め治具や機構を用いることなく、容易に補強部品７、８を所定位置に設置することができる。
【００２６】
特に図５に示す形状の補強部品７、８の場合には、補強部品７、８の挿入方向先端部が、挿入される側の閉断面構造部材６の断面寸法に対して小さくなっているので、補強部品７、８を開口部に挿入する際に、閉断面構造部材６と干渉することが少ないため作業も容易であり望ましい。
【００２７】
また同じように、図６に示すような略一定形状を有する筒状の閉断面構造部材９の側壁に突起部１６を付与し断面形状を局部的に変更する方法も有効である。突起部１６は、筒状に成形する前の金属板に付与しておいてもよいし、筒状に成形し閉断面構造部材とした後に付与してもよい。この場合、端部より挿入された補強部品は突起部１６に突き当たって停止するので、補強部品１０を容易に所定位置に設置することが可能である。突起部１６の加工方法は金型を用いた通常のプレス加工でも良いし、発明の効果はその加工方法によらない。突起部１６の数も１つに限定するものではなく複数であっても良い。
【００２８】
また同じように、図７、８に示すような略一定形状を有する筒状の閉断面構造部材１１の側壁に切込み１７や端部スリット１９を付与し断面形状を局部的に変更する方法も有効である。切込み１７や端部スリット１９は、筒状に成形する前の金属板に付与しておいてもよいし、筒状に成形し閉断面構造部材とした後に付与してもよい。
【００２９】
この場合、切込み１７や端部スリット１９の位置に対応するように補強部品１２に固定用爪１８、２０を製作しておき、端部より挿入された補強部品の固定用爪１８または２０を切込み１７または端部スリット１９に差し込むことにより、補強部品１２、１４を容易に所定位置に設置することが可能である。
【００３０】
切込み１７や端部スリット１９の加工方法は打抜き加工でも良いし、発明の効果はその加工方法によらない。切込み１７や端部スリット１９の数も１つに限定するものではなく複数であっても良い。
【００３１】
補強部品は両端部が開口した筒状部品であれば図２のレインフォースメントとして用いることが可能であり、どちらかの端部が閉じたカップ形状部品（絞り加工などにより製作）であれば、閉断面構造部材内部に設置することで隔壁を構成することができるため図１で示したバルクヘッドとして用いることができる。
【００３２】
ここでは、断面形状が６角形の閉断面構造部材を例に発明を説明したが、本発明の効果はその断面形状によらず断面の形状は略円形状でもよいし、他の多角形形状でもよい。
【００３３】
また、挿入された補強部品と筒状の閉断面部材本体とを接合することで、部材の剛性や強度はより向上することが期待される。どのような接合方法でも剛性向上、強度向上の効果は期待できるが、スポット溶接、レーザ溶接、アーク溶接などの方法を用いるのが生産性を考慮すると簡便で望ましい。閉断面構造のためスポット溶接用のガンは入らないので、スポット溶接の場合は片側スポット溶接方法を用いればよい。アーク溶接の場合は、補強部品が設置される部分の閉断面部材の側壁に溶接用の孔を開けておけば、内部の補強部品との溶接が可能である。
【実施例１】
【００３４】
図１１に示すようなハット部材を重ね合わせた閉断面構造と、プレス成形による曲げ加工により６角形断面の閉断面構造を製作した。効果を比較するため、断面長はほぼ同じ長さに合わせた。閉断面構造部品の長手方向の長さはそれぞれ８００ｍｍとした。素材には、板厚１．４ｍｍ，引張強度５９０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いた。ハット部材のフランジ部はスポット溶接により接合し、６角形断面の構造部材は板端部同士をレーザ溶接により接合した。
【００３５】
６角形断面構造部材は、本発明を適用するために、（１）長手方向中央部で長手方向２５ｍｍの範囲に渡って漸次断面寸法を変更した部材と、（２）長手方向で断面寸法が一定の部材との２種類とし、プレス加工により金属板を筒状に成形し、板端部同士をレーザ溶接して作製した。
【００３６】
（１）の部材は、レーザ溶接後に長手方向の約半分の領域において断面形状を図１１に示す断面寸法に対して縦横方向ともに１％程度大きくなるように加工した。（２）の部材は、長手方向中央部の側壁４箇所に補強部品固定用の切込みを加工した。
【００３７】
（１）の６角断面構造部材用の補強部品は、６角断面構造部材の断面寸法に合わせて製作しており、断面形状が変化する部分が２５ｍｍ、その他の部分が２５ｍｍで、高さ方向約５０ｍｍの６角断面を有するカップ形状とした。また、
（２）の６角断面構造部材用の補強部品は、６角断面構造部材の断面寸法に合わせて製作し、高さ方向約５０ｍｍの６角断面を有するカップ形状とし、６角断面構造部材の切込み位置に合わせて、４箇所に固定用爪を付与した。従って、カップ形状の底が隔壁の役割を果たすため、６角断面構造部材内部に挿入することによりバルクヘッドとして機能することになる。
【００３８】
（１）の部材の場合、補強部品は断面寸法が大きい側の開口端部より挿入し、断面寸法が変化する部位に突き当てて設置部位を決定して取付けた。（２）の部材の場合、開口端部より補強部品を挿入し、６角断面構造部材の切込みに補強部品の固定用爪を差込むことにより設置部位を決定して取付けた。挿入した補強部品と６角形閉断面構造部材は、レーザ溶接により全周溶接した。
【００３９】
部品のねじり剛性については、図９に示すように部材の片側端部を完全に固定し、反対側の端部にねじりモーメントを加え、部品のねじれ角を測定しねじり剛性を測定した。また部品の曲げ剛性については、図１０に示すように部材の片側端部を完全に固定し、反対側の端部に荷重を付与し（片持ち梁式）荷重負荷位置の変位量を測定し曲げ剛性を測定した。
【００４０】
図１２に曲げ剛性およびねじり剛性の測定結果を示す。それぞれ
○比較例１：ハット部材同士を重ね合わせ接合した閉断面構造部材
○比較例２：ハット部材同士を重ね合わせ接合した閉断面構造部材内部にバルクヘッドを設置
○比較例３：６角形断面の閉断面構造部材（補強部品なし）
○本発明例１：（１）の６角形断面の閉断面構造部材に本発明による補強部品（バルクヘッド）を挿入したもの
○本発明例２：（２）の６角形断面の閉断面構造部材に本発明による補強部品（バルクヘッド）を挿入したもの
を示している。比較例１の剛性値を１００％として効果を比較した。
【００４１】
比較例２のように通常のハット部材同士を接合した閉断面構造部材内にバルクヘッドを挿入することでも曲げ剛性、ねじり剛性が向上するが、同じように６角形断面形状を有する閉断面構造部材に本発明を適用することで、曲げ剛性およびねじり剛性が向上することが確認された。閉断面構造部材であっても、端部からバルクヘッドを挿入し所定の位置に設置することで、ハット部材の場合と同じように部品機能を向上させることができることがわかった。
【符号の説明】
【００４２】
１  ：バルクヘッド
２  ：ハット部材（バルクヘッド挿入側）
３  ：ハット部材（蓋側）
４  ：レインフォースメント
５  ：６角形断面形状を有する閉断面構造部材
６  ：異なる６角形断面形状を有する閉断面構造部材
７  ：補強部品１
８  ：補強部品２
９  ：側壁に突起形状を付与した６角形断面形状を有する閉断面構造部材
１０：補強部品３
１１：側壁に切込みを付与した６角形断面形状を有する閉断面構造部材
１２：補強部品４
１３：側壁に端部スリットを付与した６角形断面形状を有する閉断面構造部材
１４：補強部品５
１５：溶接位置
１６：突起
１７：切込み
１８：補強部品４の固定用爪
１９：端部スリット
２０：補強部品５の固定用爪
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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