(57)【要約】【課題】  良好な強度および成形性を有しかつ軽量の車体構造部材を提供する。【解決手段】  曲げ荷重が作用する車体構造部材４０であって、筒状の側壁４１および側壁４１に接合された線材４７，４８，４９を有する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ荷重が作用する車体構造部材であって、
筒状の側壁、および、
前記側壁に接合された線材
を有することを特徴とする車体構造部材。
【請求項２】
前記線材は、前記筒状の側壁の内面に、配置されていること特徴とする請求項１に記載の車体構造部材。
【請求項３】
前記線材は、前記筒状の側壁における荷重の入力面に、配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体構造部材。
【請求項４】
前記線材は、前記筒状の側壁における荷重の入力方向に対して略平行な面に、配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体構造部材。
【請求項５】
前記線材は、前記筒状の側壁における荷重の入力面および荷重の入力方向に対して略平行な面に、配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体構造部材。
【請求項６】
前記接合は、溶接が適用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車体構造部材。
【請求項７】
曲げ荷重が作用する筒状の車体構造部材の製造方法であって、
平板状素材に、線材を接合するための接合工程、
前記線材が接合された素材に対して、曲げ加工を施しかつ端面を接合することで、中空状の予備成形体を形成するための曲げ加工工程、および、
前記予備成形体の内部に液圧を付与し、膨出させることで、前記車体構造部材に対応する筒状の液圧成形品を形成するための液圧成形工程を有し、
前記線材は、前記液圧成形品の筒状の側壁に配置されるように、前記接合工程において位置決めされる
ことを特徴とする製造方法。
【請求項８】
前記曲げ加工工程において、前記素材における前記線材が接合された面が、内側に面するように、曲げ加工が施されること特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体構造部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
曲げ荷重が作用する車体構造部材は、例えば、円管状素材に液圧成形を適用することで製造されており、素材の強度を上げるか、素材の板厚を増加させることで、荷重に対する部材強度を向上させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、素材の強度向上は、成形性を悪化させる問題があり、所望の形状に成形することが困難である。また、素材の板厚増加は、製造される製品の重量増を伴うため、車両動力性能を悪化させる問題を有する。
【０００４】
本発明は、前記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な強度および成形性を有しかつ軽量の車体構造部材およびその製造方法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】
【０００５】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
曲げ荷重が作用する車体構造部材であって、
筒状の側壁、および、
前記側壁に接合された線材
を有することを特徴とする車体構造部材である。
【０００６】
前記目的を達成するための請求項７に記載の発明は、
曲げ荷重が作用する筒状の車体構造部材の製造方法であって、
平板状素材に、線材を接合するための接合工程、
前記線材が接合された素材に対して、曲げ加工を施しかつ端面を接合することで、中空状の予備成形体を形成するための曲げ加工工程、および、
前記予備成形体の内部に液圧を付与し、膨出させることで、前記車体構造部材に対応する筒状の液圧成形品を形成するための液圧成形工程を有し、
前記線材は、前記液圧成形品の筒状の側壁に配置されるように、前記接合工程において位置決めされる
ことを特徴とする製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
前記のように構成した本発明は、以下の効果を奏する。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、車体構造部材の側壁に接合された線材は、強度を補強する。そのため、側壁素材の強度を増加させることなく、曲げ荷重の入力に対し、より大きな荷重に耐えることが可能であり、側壁素材の成形性の悪化を、抑制することができる。また、線材は、局所的に配置されるため、側壁素材の板厚を増加させる場合に比べ、製造される製品の重量増および車両動力性能の悪化を、抑制することが可能である。つまり、良好な強度および成形性を有しかつ軽量の車体構造部材を提供することができる。
【０００９】
請求項７に記載の発明によれば、筒状の側壁に接合された線材を有する車体構造部材を製造することが可能である。線材は、強度を補強するため、側壁素材の強度を増加させることなく、曲げ荷重の入力に対し、より大きな荷重に耐えることが可能であり、側壁素材の成形性の悪化を、抑制することができる。また、線材は、局所的に配置されるため、側壁素材の板厚を増加させる場合に比べ、製造される部材の重量増および車両動力性能の悪化を、抑制することが可能である。つまり、良好な強度および成形性を有しかつ軽量の車体構造部材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１および図２は、本発明の実施の形態に係る車体構造部材を説明するための斜視図および断面図である。
【００１２】
車体構造部材４０は、曲げ荷重が作用するメンバーやピラーなどの自動車車体を構成する筒状（中空状）部品に適用される。荷重の作用方向は、車体構造部材４０の軸方向Ｘに略直交する交差方向Ｙである。
【００１３】
車体構造部材４０の筒状の側壁４１は、略矩形断面を有し、４つの側壁面４２〜４５を有する。側壁面４２，４３は、荷重の入力方向に対して略直角であり、側壁面４２は、荷重の入力面を構成する。側壁面４４，４５は、側壁面４２，４３に対して略直角であり、荷重の入力方向に対して略平行な面を構成する。
【００１４】
側壁４１の素材は、適当な強度を有していれば特に限定されないが、例えば、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金等からなる金属板が適用可能である。
【００１５】
車体構造部材４０は、側壁４１に接合された線材４７〜４９を有する。線材４７〜４９は、側壁素材よりも相対的に高強度であることが好ましく、例えば、カーボンファイバやピアノ線などの高強度の線材や、金属線材が適用可能である。線材４７〜４９の接合方法は、特に限定されないが、接合が容易である点で、溶接が好ましい。
【００１６】
線材４７は、側壁面４２の内面に並置され、軸方向Ｘに沿って位置決めされており、荷重の入力方向に略平行である交差方向Ｙに対して、略直角である。線材４８，４９は、側壁面４４，４５の内面にそれぞれ並置され、交差方向Ｙに沿って位置決めされており、荷重の入力方向に略平行である。
【００１７】
線材４７〜４９は、車体構造部材４０の強度を補強するため、側壁素材の強度を増加させることなく、曲げ荷重の入力に対し、より大きな荷重に耐えることが可能であり、側壁素材の成形性の悪化を、抑制することができる。
【００１８】
また、線材４７〜４９は、局所的（部分的）に配置されるため、側壁素材の板厚を増加させる場合に比べ、製造される製品（車体構造部材）４０の重量増および車両動力性能の悪化を、抑制することが可能である。例えば、側壁素材の板厚を薄肉化した場合であっても、従来の車体構造部材と同程度の強度を確保できるため、車体構造部材の軽量化を図ることが可能である。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、線材４７，４８，４９は、側壁面４２，４４，４５にそれぞれ３本配置されている。しかし、必要に応じて、配置方向、配置本数、配置面などを、適宜変更することが可能である。例えば、必要に応じ、線材４７，４８，４９を、側壁４１の外面に配置することも可能である。
【００２０】
次に、車体構造部材４０の製造方法を説明する。図３は、接合工程を説明するための斜視図、図４は、図３に続く、曲げ加工工程を説明するための斜視図、図５は、本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図、図６は、図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図、図７は、図４に続く、液圧成形工程を説明するための断面図、図８は、液圧成形工程から産出される液圧成形品を説明するため斜視図である。
【００２１】
車体構造部材４０の製造方法は、接合工程、曲げ加工工程および液圧成形工程を有する。
【００２２】
接合工程においては、図３に示されるように、車体構造部材４０の側壁４１を構成することとなる板材（側壁素材）１０の一方の面１１に、線材１７〜１９が接合される。
【００２３】
線材１７〜１９は、側壁４１に接合された線材４７〜４９を構成することとなる。そのため、線材１７は、板材１０の略中央に平行に配置され、線材１８，１９は、線材１７が接合される部位を挟み、線材１７の配置方向に対して略直角となる方向に配置される。線材１７〜１９は、筒状部材ではなく、板材１０に接合されるため、接合作業が容易である。
【００２４】
曲げ加工工程においては、図４に示されるように、線材１７〜１９が接合された板材１０に対して、曲げ加工を施しかつ端面１３，１４を接合することで、略円形断面を有する中空状の予備成形体２０が形成される。
【００２５】
この際、線材１７〜１９が接合された面１１が、内側に面するように、曲げ方向が制御される。板材１０の外面１２には、線材が接合されていないため、予備成形体２０の外面は、突出部を有せず、滑らかである。必要に応じ、曲げ方向を逆向きに変更し、線材１７〜１９が接合された面１１が、外側に面するように設定することも可能である。
【００２６】
曲げ加工は、例えば、ロール成形である。端面１３，１４の接合は、例えば、突き合せレーザー溶接である。
【００２７】
液圧成形工程においては、予備成形体２０の内部に液圧を付与し、膨出させることで、車体構造部材４０に対応する筒状の液圧成形品３０が形成される。
【００２８】
液圧成形工程に適用される液圧成形装置１００は、液圧供給手段および成形型を有する（図５および図６参照）。
【００２９】
液圧供給手段は、予備成形体２０の開口部２１，２２に挿入され、開口部２１，２２を密閉するノズル１１０，１２０を有する。ノズル１１０は、例えば、増圧シリンダを利用する圧力発生装置や成形媒体源から延長する配管１２５が接続されている。配管１２５は、ノズル１１０の内部を延長しかつノズル１１０の先端に開口部１１６を有する流路１１５に、連結されている。成形媒体は、配管１２５および流路１１５を経由し、開口部１１６から、予備成形体２０の内部に導入される。成形媒体は、例えば、水である。
【００３０】
成形型は、上型１３０、下型１３５、側方型１４０，１４５、補助型１５０，１５５，１６０，１６５を有する。上型１３０および下型１３５は、互いに近接離間自在に配置され、車体構造部材４０の側壁面４２，４３に対応するキャビティを有する。側方型１４０，１４５は、互いに近接離間自在に配置され、車体構造部材４０の側壁面４４，４５に対応するキャビティを有する。上型１３０、下型１３５および側方型１４０，１４５は、全体として、車体構造部材４０の側壁４１に対応するキャビティを構成する。
【００３１】
補助型１５０，１５５は、予備成形体２０の肉厚およびノズル１１０の外周形状を考慮した半円形状の凹部を有し、互いに近接離間自在に配置され、ノズル１１０が挿入された予備成形体２０の開口部２１を上下方向から押圧し、ノズル１１０と開口部２１との間の密閉を確実とするために使用される。補助型１６０，１６５は、予備成形体２０の肉厚およびノズル１２０の外周形状を考慮した半円形状の凹部を有し、互いに近接離間自在に配置され、ノズル１２０が挿入された予備成形体２０の開口部２２を上下方向から押圧し、ノズル１２０と開口部２２との間の密閉を確実とするために使用される。
【００３２】
図７を参照し、液圧成形工程を詳述する。
【００３３】
下型１３５に予備成形体２０が載置される。この際、板材１０の接合された端面１３，１４が、下型１３５に相対し、線材１７が接合された部位が、上型１３０に相対するように位置決めされる。
【００３４】
予備成形体２０の両端の開口部２１，２２に、ノズル１１０，１２０が挿入される。
【００３５】
補助型１５０，１５５は、近接することで、予備成形体２０の開口部２１を、上下方向から押圧し、開口部２１の内面と、ノズル１１０の外周との間を密着させる。補助型１６０，１６５は、同様に、開口部２２の内面と、ノズル１２０の外周との間を密着させる。これによって、予備成形体２０の機密性が確保される。
【００３６】
この際、予備成形体２０の開口部２１，２２は、強制的に変形させられるため、曲げ加工工程における予備成形体２０の真円度は、高度なものを要求されない。
【００３７】
その後、配管１２５および流路１１５を経由し、成形媒体が、ノズル１１０の先端の開口部１１６から、予備成形体２０の内部に導入され、予備成形体２０の内部に液圧が付与される。
【００３８】
予備成形体２０の内部液圧が、上昇し、予備成形体２０の膨出が開始すると共に、側方型１４０，１４５は近接し、予備成形体２０を側方向から押圧する。続いて、上型１３０および下型１３５は近接し、予備成形体２０を上下方向から押圧する。予備成形体２０の内部液圧は、上型１３０、下型１３５および側方型１４０，１４５による押圧によって、座屈しないように、制御される。
【００３９】
予備成形体２０の内部が、所定の最終液圧に到達すると、成形媒体の供給が停止され、所定時間保持される。そして、除圧した後、型開し、液圧成形品３０が取り出される。液圧成形品３０の端部は、略円筒状であるため、トリミングすることで、車体構造部材４０が得られる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係る製造方法は、筒状の側壁に接合された線材を有する車体構造部材を製造することが可能である。
【００４１】
なお、予備成形体に接合される線材が、内側に配置されることは、上型、下型および側方型のキャビティが、損傷を受けず、また、従来の成形型を流用することで、コストの増加を抑制でき、さらに、従来の車体構造部材と同一の外観形状が得られるため、締結される他の部品の設計変更が不要でありかつ、外観も良好であるため、好ましい。
【００４２】
しかし、必要に応じ、予備成形体の外側に線材を配置することも可能である。この場合、上型、下型および側方型を、線材によって損傷を受け難い素材で構成したり、線材が直接当接するキャビティの部位に、線材の形状に対応する凹部を形成したりすることが好ましい。凹部は、例えば、切削によって形成することが可能である。
【００４３】
図９は、曲げ試験を説明するための斜視図、図１０は、曲げ試験に適用された試験体Ｓ１〜Ｓ８の作成条件を説明するための図表、図１１、図１２、図１３および図１４は、実施例に係る試験体Ｓ２、試験体Ｓ３、試験体Ｓ４および試験体Ｓ５を説明するための斜視図である。
【００４４】
曲げ試験においては、試験体Ｓ（Ｓ１〜Ｓ８）を、受け台２００，２１０に載置し、ストライカ２２０を落下させた際の、反力を計測し、変位５０ｍｍにおけるエネルギ吸収量で評価した。試験体Ｓの軸線方向の長さは、９００ｍｍであり、軸線方向に直角な断面は、５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形形状を有する。試験体Ｓに対する受け台２００，２１０の支点間隔は、７００ｍｍである。試験体Ｓの軸線方向に関するストライカ２２０の幅は、７０ｍｍであり、重量は、５００ｋｇ、また、落下速度は、７．６７ｍ／秒である。
【００４５】
実施例に係る試験体Ｓ１〜Ｓ５において、側壁素材は共通であり、線材の本数および配置位置を変更している。側壁素材は、約５９０ＭＰａの引張強度を有する１ｍｍ厚の鋼板であり、線材は、鉄を主成分とする素材から構成され、直径３ｍｍであり、約１．５ＧＰａの引張強度を有する。
【００４６】
試験体Ｓ１は、車体構造部材４０に対応し、図１に示されるように、荷重の入力面である側壁面４２の内面には、３本の線材４７が接合され、荷重の入力方向に対して略平行な面である側壁面４４，４５の内面には、３本の線材４８，４９がそれぞれ、接合されており、その重量は、１．４７ｋｇである。
【００４７】
試験体Ｓ２は、図１１に示される車体構造部材４０Ａに対応し、側壁面４２の内面にのみ、３本の線材４７が接合されており、その重量は、１．４６ｋｇである。試験体Ｓ３は、図１２に示される車体構造部材４０Ｂに対応し、側壁面４４，４５の内面にのみ、３本の線材４８，４９がそれぞれ接合されており、その重量は、１．４３ｋｇである。
【００４８】
試験体Ｓ４は、図１３に示される車体構造部材４０Ｃに対応し、側壁面４２の内面には、２本の線材４７が接合され、側壁面４４，４５の内面には、３本の線材４８，４９がそれぞれ、接合されており、その重量は、１．４６ｋｇである。試験体Ｓ５は、図１４に示される車体構造部材４０Ｄに対応し、側壁面４２の内面には、１本の線材４７が接合され、側壁面４４，４５の内面には、３本の線材４８，４９がそれぞれ、接合されており、その重量は、１．４４ｋｇである。
【００４９】
試験体Ｓ６は、比較例に係り、線材が接合されてない点を除けば、試験体Ｓ１〜Ｓ５と同一であり、その重量は、１．４２ｋｇである。試験体Ｓ７、Ｓ８は、比較例に係り、板厚および重量が関し、試験体Ｓ６と異なる。試験体Ｓ７の板厚および重量は、１．２ｍｍおよび１．７０ｋｇであり、試験体Ｓ８の板厚および重量は、１．４ｍｍおよび１．９８ｋｇである。
【００５０】
図１５は、曲げ試験の試験結果を説明するための図表、図１６は、実施例に係る試験体Ｓ１〜Ｓ５と比較例に係る試験体Ｓ６〜Ｓ８との差異を説明するためのグラフである。図１６のグラフの縦軸および横軸は、試験体Ｓ１〜Ｓ８のエネルギ吸収量［Ｊ］および重量［ｋｇ］を示している。
【００５１】
試験体Ｓ１〜試験体Ｓ５のエネルギ吸収量は、３６５Ｊ〜４９１Ｊである。一方、板厚が同一である比較例に係る試験体Ｓ６のエネルギ吸収量は、３０５Ｊである。したがって、試験体Ｓ１〜試験体Ｓ５は、線材が接合されることに基づいて、吸収エネルギ量つまり強度が向上していることが確認された。なお、試験体Ｓ６〜Ｓ８は、板厚（重量）の増加に対応し、３０５Ｊ〜４８０Ｊのエネルギ吸収量を有する。
【００５２】
また、試験体Ｓ１および試験体Ｓ４のエネルギ吸収量は、４９１Ｊおよび４８９Ｊである。試験体Ｓ１および試験体Ｓ４と比較し、重量が略同一である試験体Ｓ６のエネルギ吸収量は、３０５Ｊである。したがって、吸収エネルギ量が、１．６倍に向上している。
【００５３】
試験体Ｓ１および試験体Ｓ４と比較し、吸収エネルギ量が略同一である試験体Ｓ８の重量は、１．９８ｋｇである。試験体Ｓ１および試験体Ｓ４の重量は、１．４７ｋｇおよび１．４６ｋｇであるため、２５％以上の軽量化が図れる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態は、良好な強度および成形性を有しかつ軽量の車体構造部材およびその製造方法を提供することが可能である。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００５６】
例えば、車体構造部材の断面形状は、矩形以外を適用することも可能である。また、線材を同一面に複数配置する場合、交差するように配置したり、軸方向に離間して配置したりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る車体構造部材を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る車体構造部材を説明するための断面図である。
【図３】図３に示される車体構造部材の製造方法を説明するための斜視図であり、接合工程を示している。
【図４】図３に続く、曲げ加工工程を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図である。
【図７】図４に続く、液圧成形工程を説明するための断面図である。
【図８】液圧成形工程から産出される液圧成形品を説明するため斜視図である。
【図９】曲げ試験を説明するための斜視図である。
【図１０】曲げ試験に適用された試験体Ｓ１〜Ｓ８の作成条件を説明するための図表である。
【図１１】実施例に係る試験体Ｓ２を説明するための斜視図である。
【図１２】実施例に係る試験体Ｓ３を説明するための斜視図である。
【図１３】実施例に係る試験体Ｓ４を説明するための斜視図である。
【図１４】実施例に係る試験体Ｓ５を説明するための斜視図である。
【図１５】曲げ試験の試験結果を説明するための図表である。
【図１６】実施例に係る試験体Ｓ１〜Ｓ５と比較例に係る試験体Ｓ６〜Ｓ８との差異を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・板材、
１１・・面、
１２・・外面、
１３，１４・・端面、
１７〜１９・・線材、
２０・・予備成形体、
２１，２２・・開口部、
３０・・液圧成形品、
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ・・車体構造部材、
４１・・側壁、
４２〜４５・・側壁面、
４７，４８，４９・・線材、
１００・・液圧成形装置、
１１０，１２０・・ノズル、
１１５・・流路、
１１６・・開口部、
１２５・・配管、
１３０・・上型、
１３５・・下型、
１４０，１４５・・側方型、
１５０，１５５，１６０，１６５・・補助型、
２００，２１０・・受け台、
２２０・・ストライカ、
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ５・・試験体（実施例）、
Ｓ６〜Ｓ８・・試験体（比較例）、
Ｘ・・軸方向、
Ｙ・・交差方向。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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