(57)【要約】【課題】  金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工する際に、中空閉断面部材の曲げ方向内側部分に皺が寄るのを防止する。【解決手段】  熱間三次元曲げ加工した金属製の中空閉断面部材３３が、湾曲方向外側に位置する外壁５１と、湾曲方向内側に位置する第１内壁５２および第２内壁５３とを有する三角形断面に構成されるので、熱間三次元曲げ加工時に圧縮側となる第１内壁５２および第２内壁５３に皺が発生し易くなるが、第１内壁５２および第２内壁５３には中空閉断面部材３３の断面内に向かって凹む溝状断面のビード５２ａ，５２ｂ，５３ｂが形成されるので、ビード５２ａ，５２ｂ，５３ｂにより第１内壁５２および第２内壁５３の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の中空閉断面部材（３３，３０）を熱間三次元曲げ加工した自動車用フレーム部材であって、
前記中空閉断面部材（３３，３０）は、湾曲方向外側に位置する外壁（５１）と、湾曲方向内側に位置する第１内壁（５２）および第２内壁（５３）とを有する三角形断面に構成され、前記第１内壁（５２）および前記第２内壁（５３）には前記中空閉断面部材（３３，３０）の断面内に向かって凹む溝状断面のビード（５２ａ，５２ｂ，５３ｂ）が形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材。
【請求項２】
前記中空閉断面部材（３３）は自動車のルーフサイドレール（３３）であり、上方ないし車幅方向外側を向く前記外壁（５１）には、一対の側壁および底壁を有するＵ字状断面の溝部（５１ｂ）が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フレーム部材。
【請求項３】
下方ないし車幅方向外側を向く前記第１内壁（５２）と、車幅方向内側を向く前記第２内壁（５３）とが連続する頂部に、前記ルーフサイドレール（３３）を覆うルーフサイドアウタパネル（５６）を支持するブラケット（５６ｃ）の取付面（５５）を形成し、前記ビード（５２ａ，５２ｂ，５３ｂ）の少なくとも一つを前記取付面（５５）に隣接して配置したことを特徴とする、請求項２に記載の自動車用フレーム部材。
【請求項４】
前記外壁（５１）と前記第２内壁（５３）との接合部に接合フランジ（５１ａ，５３ａ）を備え、前記接合フランジ（５１ａ，５３ａ）の上面に、前記ルーフサイドアウタパネル（５６）の車幅方向内端を下方に折り曲げた第１段部（５６ｅ）と、ルーフパネル（５７）の車幅方向外端を下方に折り曲げた第２段部（５７ａ）とを接続し、前記第１段部（５６ｅ）の上端を前記第２段部（５７ａ）の上端よりも高くしたことを特徴とする、請求項３に記載の自動車用フレーム部材。
【請求項５】
前記外壁（５１）は、車幅方向内側に位置して上方を向く第１部分（５１ｃ）と、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第２部分（５１ｄ）とからなることを特徴とする、請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の自動車用フレーム部材。
【請求項６】
前記中空閉断面部材（３０）は自動車のフロントピラー（３０）であり、前方ないし車幅方向外側を向く前記外壁（５１）と、後方ないし車幅方向外側を向く前記第１内壁（５２）と、車幅方向内側を向く前記第２内壁（５３）とを備え、前記外壁（５１）と前記第２内壁（５３）とが接続される頂部にフロントガラス（６３）の車幅方向外端が接着される接合フランジ（５１ａ，５３ａ）を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フレーム部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工した自動車用フレーム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉断面に曲げ加工した鋼板の両端の接合フランジを相互に溶接して直線状の鋼管を製造し、この鋼管を高周波電流が流れるコイルで加熱しながら曲げ加工した後に急冷することで、湾曲しながら一体に連続する自動車のＡピラー、ルーフサイドレールおよびＣピラーを製造するものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８／１２３５０６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載された三次元曲げ加工装置で閉断面の鋼管を曲げ加工するとき、鋼管の曲げ方向外側部分には引張荷重が加わり、鋼管の曲げ方向内側部分には圧縮荷重が加わるが、圧縮荷重が加わる曲げ方向内側部分で鋼管が座屈して皺が発生する問題があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工する際に、中空閉断面部材の曲げ方向内側部分に皺が寄るのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工した自動車用フレーム部材であって、前記中空閉断面部材は、湾曲方向外側に位置する外壁と、湾曲方向内側に位置する第１内壁および第２内壁とを有する三角形断面に構成され、前記第１内壁および前記第２内壁には前記中空閉断面部材の断面内に向かって凹む溝状断面のビードが形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記中空閉断面部材は自動車のルーフサイドレールであり、上方ないし車幅方向外側を向く前記外壁には、一対の側壁および底壁を有するＵ字状断面の溝部が形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、下方ないし車幅方向外側を向く前記第１内壁と、車幅方向内側を向く前記第２内壁とが連続する頂部に、前記ルーフサイドレールを覆うルーフサイドアウタパネルを支持するブラケットの取付面を形成し、前記ビードの少なくとも一つを前記取付面に隣接して配置したことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【０００９】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記外壁と前記第２内壁との接合部に接合フランジを備え、前記接合フランジの上面に、前記ルーフサイドアウタパネルの車幅方向内端を下方に折り曲げた第１段部と、ルーフパネルの車幅方向外端を下方に折り曲げた第２段部とを接続し、前記第１段部の上端を前記第２段部の上端よりも高くしたことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【００１０】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項２〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記外壁は、車幅方向内側に位置して上方を向く第１部分と、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第２部分とからなることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【００１１】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記中空閉断面部材は自動車のフロントピラーであり、前方ないし車幅方向外側を向く前記外壁と、後方ないし車幅方向外側を向く前記第１内壁と、車幅方向内側を向く前記第２内壁とを備え、前記外壁と前記第２内壁とが接続される頂部にフロントガラスの車幅方向外端が接着される接合フランジを設けたことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
【００１２】
尚、実施の形態のＡピラーアッパ３０は本発明のフロントピラーあるいは中空閉断面部材に対応し、実施の形態のルーフサイドレール３３は本発明の中空閉断面部材に対応し、実施の形態の第２平坦部５５は本発明の取付面に対応し、実施の形態の下壁５６ｃは本発明のブラケットに対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成によれば、熱間三次元曲げ加工した金属製の中空閉断面部材が、湾曲方向外側に位置する外壁と、湾曲方向内側に位置する第１内壁および第２内壁とを有する三角形断面に構成されるので、熱間三次元曲げ加工時に圧縮側となる第１内壁および第２内壁に皺が発生し易くなるが、第１内壁および第２内壁には中空閉断面部材の断面内に向かって凹む溝状断面のビードが形成されるので、ビードにより第１内壁および第２内壁の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。
【００１４】
また請求項２の構成によれば、中空閉断面部材は自動車のルーフサイドレールであり、ルーフサイドレールの上方ないし車幅方向外側を向く外壁には、一対の側壁および底壁を有するＵ字状断面の溝部が形成されるので、自動車が事故で横転したような場合にルーフサイドレールに荷重が加わっても、その剛性がＵ字状断面の溝部で高められることでルーフサイドレールが変形し難くなる。
【００１５】
また請求項３の構成によれば、ルーフサイドレールの下方ないし車幅方向外側を向く第１内壁と、ルーフサイドレールの車幅方向内側を向く第２内壁とが連続する頂部に、ルーフサイドレールを覆うルーフサイドアウタパネルを支持するブラケットの取付面を形成したので、熱間三次元曲げ加工時に取付面に皺が発生し易くなるが、ビードの少なくとも一つを取付面に隣接して配置したので、ビードにより取付面の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。
【００１６】
また請求項４の構成によれば、ルーフサイドレールの外壁と第２内壁とを接合する接合フランジを備え、接合フランジの上面に、ルーフサイドアウタパネルの車幅方向内端を下方に折り曲げた第１段部と、ルーフパネルの車幅方向外端を下方に折り曲げた第２段部とを接続し、第１段部の上端を第２段部の上端よりも高くしたので、自動車の外側からルーフ部を見たときに、ルーフサイドアウタパネルの第１段部の陰に隠れてルーフサイドアウタパネルおよびルーフパネルの接合部が見え難くなり、前記接合部を覆い隠すモールを廃止することができる。
【００１７】
また請求項５の構成によれば、ルーフサイドレールの外壁は、車幅方向内側に位置して上方を向く第１部分と、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第２部分とからなるので、ルーフサイドレールの断面積を拡大して曲げ剛性を高めることができる。
【００１８】
また請求項６の構成によれば、中空閉断面部材は自動車のフロントピラーであり、前方ないし車幅方向外側を向く外壁と、後方ないし車幅方向外側を向く第１内壁と、車幅方向内側を向く第２内壁とを備えるので、車室内の乗員の視線の方向が第１内壁および第２内壁と略平行になり、フロントピラーに遮られることなく乗員の視野を最大限に拡大することができる。しかも外壁と第２内壁とが接続される頂部にフロントガラスの車幅方向外端が接着される接合フランジを設けたので、元々乗員の視線を遮るフロントガラスの車幅方向外端に接合フランジを重ねることで、接合フランジを設けたことによる視野の減少を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】自動車の側部の車体フレームの斜視図。
【図２】図１の２−２線拡大断面図。
【図３】図１の３−３線拡大断面図。
【図４】三次元熱間曲げ加工装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）、上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。
【００２１】
図１に示すように、自動車の側部の車体フレームは、車幅方向外側において前後方向に配置された左右一対のサイドシル１３，１３を備える。左右のサイドシル１３，１３の前端から左右一対のＡピラー（フロントピラー）ロア２４，２４が起立し、左右のサイドシル１３，１３の前後方向中間部から左右一対のＢピラー（センターピラー）２５，２５が起立し、左右のサイドシル１３，１３の後端から左右一対のＣピラー（リヤピラー）２６，２６が起立し、左右のリヤサイドフレーム１４，１４の後端から左右一対のＤピラー２７，２７が起立する。
【００２２】
Ａピラーアッパ３０の後端からルーフサイドレール３３が後方に延びている。本実施の形態のＡピラーアッパ３０およびルーフサイドレール３３は、１本の直線状の鋼管４０を熱間三次元曲げ加工装置で曲げ加工することで一体に形成される。図１に拡大して示すように、Ａピラーアッパ３０およびルーフサイドレール３３を構成する鋼管４０は、１枚の鋼板をロールフォーミング加工により折り曲げ、その両端の接合フランジを溶接Ｗ１することで閉断面に構成される。
【００２３】
図４は、閉断面を有する鋼管４０を曲げ加工すると同時に熱処理するための熱間三次元曲げ加工装置を示すものである。熱間三次元曲げ加工装置は周知の構造を有するもので、ロールフォーミング加工により閉断面に形成された鋼管４０をその長手方向に送り出す鋼管送出装置４１と、鋼管送出装置４１の出口部に設けられた曲げ支点部材４２と、曲げ支点部材４２の下流側に設けられた高周波加熱コイル４３と、高周波加熱コイル４３の下流側に設けられた冷却装置４４と、冷却装置４４の下流側に設けられたロボットよりなる曲げ装置４５とを備える。鋼管４０は長手方向に一定の断面を有する直線状の部材であるが、それを高周波加熱用コイル４３で加熱した状態で曲げ装置４５で曲げモーメントを加えることで、曲げ支点部材４２の下流位置で所定形状に湾曲させた後、冷却装置４４から噴出する冷却水で急冷することで焼き入れ処理を行うことができる。
【００２４】
図２はルーフサイドレール３３の断面を示すもので、鋼管４０を曲げ加工したルーフサイドレール３３は、外壁５１、第１内壁５２および第２内壁５３からなる三角形状の断面を有しており、外壁５１の端部に設けた接合フランジ５１ａと第２内壁５３の端部に設けた接合フランジ５３ａとが重ね合わされて溶接Ｗ１される。外壁５１は上方ないし車幅方向外側を向き、第１内壁５２は下方ないし車幅方向外側を向き、第２内壁５３は車幅方向内側を向いており、接合フランジ５１ａ，５３ａは車幅方向内側に延びている。
【００２５】
外壁５１および第１内壁５２が連続する部分は車幅方向外側を向く第１平坦部５４が形成され、第１内壁５２および第２内壁５３が連続する部分は下方を向く第２平坦部５５が形成される。外壁５１の車幅方向内端部には、断面の内側に凹むＵ字状断面の溝部５１ｂが形成される。第１内壁５２には断面の内側に凹む円弧状断面の２本のビード５２ａ，５２ｂが形成され、そのうちの１本のビード５２ｂは第２平坦部５５に隣接している。第２内壁５３には断面の内側に凹む円弧状断面の１本のビード５３ｂが形成される。
【００２６】
ルーフサイドレール３３の車幅方向外側が、上壁５６ａ、側壁５６ｂおよび下壁５６ｃを有するコ字状断面のルーフサイドアウタパネル５６で覆われており、上壁５６ａの車幅方向内端がルーフサイドレール３３の接合フランジ５１ａ，５３ａの上面に重ね合わされて溶接Ｗ２される。そしてルーフサイドアウタパネル５６の上壁５６ａの車幅方向内端を下向きに折り曲げた第１段部５６ｅの先端と、ルーフパネル５７の車幅方向外端を下向きに折り曲げた第２段部５７ａの先端とが重ね合わされ、前記溶接Ｗ２の近傍で溶接Ｗ３される。ルーフサイドアウタパネル５６の第１段部５６ｅの上端の高さは、ルーフパネル５７の第２段部５７ａの上端の高さよりも高くなっている。またルーフサイドレール３３の第２平坦部５５にルーフサイドアウタパネル５６の下壁５６ｃの車幅方向内端が溶接Ｗ４される。
【００２７】
ルーフサイドレール３３の第２内壁５３の車幅方向内面に、インフレータ５８および折り畳んだエアバッグ５９よりなるサイドエアバッグ装置６０が設けられており、そのサイドエアバッグ装置６０やルーフパネル５７がルーフライニング６１で覆われる。
【００２８】
図３は、図２に示すルーフサイドレール３３の前端から前下方に向かって一体に延びるＡピラーアッパ３０の断面を示すもので、ルーフサイドレール３３の断面とＡピラーアッパ３０の断面とは同一である。ただし、ルーフサイドレール３３の車幅方向内側にはルーフパネル５７が接続されるのに対し、Ａピラーアッパ３０の車幅方向内端の接合フランジ５１ａ，５３ａには接着剤６２を介してフロントガラス６３の車幅方向外端部が接着される。
【００２９】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
図２から明らかなように、熱間三次元曲げ加工装置でルーフサイドレール３３（あるいはＡピラーアッパ３０）の素材である鋼管４０を曲げ加工するとき、その曲げ中心Ｑに対してルーフサイドレール３３の外壁５１は径方向外側に位置し、第１内壁５２および第２内壁５３は径方向内側に位置している。従って、ルーフサイドレール３３の断面二次モーメントの中心Ｐよりも曲げ中心Ｑの反対側に位置する外壁５１および第２内壁５３の上半部には引張荷重が作用し、前記断面二次モーメントの中心Ｐよりも曲げ中心Ｑ側に位置する第２内壁５３の下半部および第１内壁５２には圧縮荷重が作用することになる。
【００３１】
引張荷重が加わる部分では、ルーフサイドレール３３の板材が容易に伸び変形して皺が発生することはないが、圧縮荷重が加わる部分では、ルーフサイドレール３３の板材が座屈し易いために皺が発生する可能性がある。特に、曲げ中心Ｑに近いために圧縮変形量が大きい部分、つまり第１内壁５２および第２内壁５３が接続する部分に皺が発生し易くなる。しかしながら、本実施の形態によれば、ルーフサイドレール３３の曲げ加工時に圧縮力が作用する第１内壁５２および第２内壁５３に断面円弧状のビード５２ａ，５２ｂ，５３ｂを形成したので、これらのビード５２ａ，５２ｂ，５３ｂで第１内壁５２および第２内壁５３の剛性を高め、曲げ加工時の皺の発生を効果的に防止することができる。
【００３２】
またルーフサイドアウタパネル５６の下壁５６ｃがルーフサイドレール３３に接続される第２平坦部５５は曲げ中心Ｑに最も近いために圧縮変形量が最大になるが、その第２平坦部５５に隣接するよう第２に第１内壁５２のビード５２ｂが形成されるので、第２平坦部５５の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。
【００３３】
また事故等で車体が横転してルーフサイドレール３３の外壁５１に荷重が加わったような場合に、外壁５１に一対の側壁および底壁を有する断面Ｕ字状の溝部５１ｂを形成したので、荷重の作用方向に延びる前記一対の側壁によって外壁５１の剛性を高められることで、ルーフサイドレール３３の変形を抑制することができる。更に、ルーフサイドレール３３の外壁５１は、車幅方向内側に位置して上方を向く第１部分５１ｃと、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第２部分５１ｄとを形成したので、ルーフサイドレール３３の外壁５１を外向きに湾曲させて断面積を拡大し、曲げ剛性を更に増加させることができる。
【００３４】
またルーフサイドアウタパネル５６の車幅方向内端の第１段部５６ｅの近傍と、ルーフパネル５７の車幅方向外端の第２段部５７ａの近傍とが重ね合わされて溶接Ｗ３されるが、その際に第１段部５６ｅの上端を第２段部５７ａの上端よりも高くしたので、自動車の外側からルーフ部を見たときに、ルーフサイドアウタパネル５６の第１段部５６ｅの陰に隠れてルーフサイドアウタパネル５６およびルーフパネル５７を溶接Ｗ３する接合部が見え難くなり、前記接合部を覆い隠すためのモールを廃止してコストダウンを図ることができる。
【００３５】
図３から明らかなように、Ａピラーアッパ３０もルーフサイドレール３３で同じ断面形状を有するため、ルーフサイドレール３３と同様の作用効果を達成することができるが、それ以外に、以下のようなＡピラーアッパ３０としての独自の作用効果を達成することができる。
【００３６】
即ち、Ａピラーアッパ３０は、前方ないし車幅方向外側を向く外壁５１と、後方ないし車幅方向外側を向く第１内壁５２と、車幅方向内側を向く第２内壁５３とを備えるので、車室内の乗員の視線の方向が第１内壁５２および第２内壁５３と略平行になり、Ａピラーアッパ３０に遮られることなく乗員の視野を最大限に拡大することができる。しかも外壁５１と第２内壁５３とが接続される頂部にフロントガラス６３の車幅方向外端が接着される接合フランジ５１ａ，５３ａを設けたので、元々乗員の視線が接着剤６２で遮られるフロントガラス６３の車幅方向外端に接合フランジ５１ａ，５３ａを重ねることで、接合フランジ５１ａ，５３ａを設けたことによる視野の減少を回避することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３８】
例えば、本発明の中空閉断面部材は実施の形態のルーフサイドレール３３やＡピラーアッパ３０に限定されるものではない。
【００３９】
また本発明のビードの断面形状は必ずしも円弧状である必要はなく、三角形状や台形状等の任意の溝形状を採用することができるが、円弧状のビードは荷重を分散し易く、かつ加工が容易である点で優れている。
【符号の説明】
【００４０】
３０        Ａピラーアッパ（フロントピラー、中空閉断面部材）
３３        ルーフサイドレール（中空閉断面部材）
５１        外壁
５１ａ      接合フランジ
５１ｂ      溝部
５１ｃ      第１部分
５１ｄ      第２部分
５２        第１内壁
５２ａ      ビード
５２ｂ      ビード
５３        第２内壁
５３ａ      接合フランジ
５３ｂ      ビード
５５        第２平坦部（取付面）
５６        ルーフサイドアウタパネル
５６ｃ      下壁（ブラケット）
５６ｅ      第１段部
５７        ルーフパネル
５７ａ      第２段部
６３        フロントガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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