(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のフロントサイドフレームの素材となる閉断面の鋼管（Ｗ）を鋼管送出装置（１１）から直線状に送出する第１工程と、
前記鋼管送出装置（１１）から送出される前記鋼管（Ｗ）を高周波加熱コイル（１３）の内部を通過させて加熱する第２工程と、
前記高周波加熱コイル（１３）で加熱された前記鋼管（Ｗ）に曲げ装置（１５）で曲げモーメントを加えて曲げ加工することで屈曲部（３２）を形成する第３工程と、
前記曲げ装置（１５）で曲げ加工された前記鋼管（Ｗ）を冷却装置（１４）で急冷して焼き入れ処理する第４工程と、
前記焼き入れ処理後の前記鋼管（Ｗ）の屈曲部（３２）を部分的に焼き鈍し処理して第１脆弱部（３２ａ）を形成する第５工程とを含み、
前記鋼管（Ｗ）は前記屈曲部（３２）に連なる直線部（３１）に第２脆弱部（３１ａ）を備え、前記第２脆弱部（３１ａ）は、前記第２工程で前記直線部（３１）の加熱を部分的に停止することで形成され、前記第１脆弱部（３２ａ）は前記屈曲部（３２）に接続されてエンジンルームおよび車室を仕切るダッシュボードロアパネル（３５）の前端よりも前方に位置することを特徴とする車体フレームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の衝撃吸収性能に優れた自動車の車体フレームを製造するための車体フレームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管をその長手方向に送出する鋼管送出装置と、送出された鋼管を案内支持する曲げ支点部材と、鋼管を連続的に加熱する高周波加熱コイルと、鋼管を把持して加熱された部位に曲げモーメントを付与して曲げ加工する曲げ装置と、曲げ加工された鋼管を急冷して焼き入れ処理する冷却装置とを備える鋼管の熱間加工装置が、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】ＷＯ２００８／１２３５０６
【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に記載された発明は、鋼管の一部を高周波加熱コイルで加熱しないことで、その部分に焼き入れ処理がされていない脆弱部を形成することが可能である。しかしながら、鋼管の屈曲部は加熱しないと曲げ加工できないため、直線部には前記脆弱部を形成することが可能であるが、屈曲部には前記脆弱部を形成することができず、その鋼管を自動車のフロントサイドフレームやリヤサイドフレームに使用した場合に、自動車の前面衝突時に屈曲部を折り曲げて所望の衝撃吸収性能を得ることが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動車の車体フレームを構成する鋼管の衝撃吸収性能を高め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、自動車のフロントサイドフレームの素材となる閉断面の鋼管を鋼管送出装置から直線状に送出する第１工程と、前記鋼管送出装置から送出される前記鋼管を高周波加熱コイルの内部を通過させて加熱する第２工程と、前記高周波加熱コイルで加熱された前記鋼管に曲げ装置で曲げモーメントを加えて曲げ加工することで屈曲部を形成する第３工程と、前記曲げ装置で曲げ加工された前記鋼管を冷却装置で急冷して焼き入れ処理する第４工程と、前記焼き入れ処理後の前記鋼管の屈曲部を部分的に焼き鈍し処理して第１脆弱部を形成する第５工程とを含み、前記鋼管は前記屈曲部に連なる直線部に第２脆弱部を備え、前記第２脆弱部は、前記第２工程で前記直線部の加熱を部分的に停止することで形成され、前記第１脆弱部は前記屈曲部に接続されてエンジンルームおよび車室を仕切るダッシュボードロアパネルの前端よりも前方に位置することを特徴とする車体フレームの製造方法が提案される。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の構成によれば、第１工程で自動車のフロントサイドフレームの素材となる閉断面の鋼管が鋼管送出装置から直線状に送出され、第２工程で鋼管が高周波加熱コイルを通過して誘導加熱され、第３工程で鋼管が曲げ装置で曲げモーメントを加えられて曲げ加工され、第４工程で鋼管が冷却装置で急冷されて焼き入れ処理され、第５工程で鋼管の屈曲部を部分的に焼き鈍し処理して第１脆弱部が形成されるので、第１脆弱部は内部応力が除去されて均一に軟化された内部組織となり、フロントサイドフレームに衝突荷重が入力したときに第１脆弱部が容易に折れ曲がり、かつ第１脆弱部の断面全体で衝突エネルギーを吸収することで、衝撃吸収ストロークを確保して衝撃吸収性能を高めることができる。第１脆弱部は鋼管の屈曲部に形成されるので、第２工程で鋼管の加熱を中止して第１脆弱部を形成することはできないが、第５工程で第１脆弱部を後加工することで、第１脆弱部を支障なく形成することができる。
【０００８】
また鋼管の屈曲部に形成される第１脆弱部は、その屈曲部に接続されてエンジンルームおよび車室を仕切るダッシュボードロアパネルの前端よりも前方に位置するので、車両の前面衝突時にフロントサイドフレームを第１屈曲部において折り曲げても、その変形が車室に及ぶのを防止することができる。
【０００９】
また鋼管は屈曲部に連なる直線部に第２脆弱部を備えるので、鋼管に前後方向の衝突荷重が入力したときに、鋼管の屈曲部を第１脆弱部で折り曲げ、かつ鋼管の直線部を第２脆弱部で折り曲げることで、衝撃吸収ストロークを充分に確保して衝撃吸収性能を高めることができる。しかも第２脆弱部は第２工程で直線部の加熱を部分的に停止することで形成されるので、第２脆弱部を後加工する必要がなくなって加工工数を削減することができる。後加工が不要になる理由は、直線部は曲げ加工を行う必要がないため、第２脆弱部を設けるために直線部の加熱を一時的に停止しても支障がないからである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】鋼管の熱間加工装置の全体構成を示す図。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２方向拡大矢視図。（第１の実施の形態）
【図３】図２の３−３線矢視図。（第１の実施の形態）
【図４】図３の４方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図５】フロントサイドフレームの側面図および平面図。（第１の実施の形態）
【図６】図５の６方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図７】前面衝突時の作用説明図。（第１の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書における前後方向および左右方向は、運転席に着座した乗員を基準として定義される。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態のワークである鋼管Ｗは、自動車のフロントサイドフレームを構成する部材であって、長手方向に一定の矩形状閉断面を有している。鋼管Ｗを加熱して所定形状に曲げ加工すると同時に熱処理する熱間加工装置は、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Ｗをその長手方向に送り出す鋼管送出装置１１と、鋼管送出装置１１の出口部に設けられた曲げ支点部材１２と、曲げ支点部材１２の下流側に設けられた高周波加熱コイル１３と、高周波加熱コイル１３の下流側に設けられた冷却装置１４と、冷却装置１４の下流側に設けられたロボットよりなる曲げ装置１５とを備える。鋼管Ｗ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１３で加熱した状態で曲げ装置１５で曲げモーメントを加えることで所定形状に湾曲させた後に、冷却装置１４から噴出する冷却水で急冷して焼き入れ処理を行うようになっている。
【００１３】
図２〜図４に示すように、曲げ支点部材１２の中央部には鋼管Ｗの断面形状と同一形状のガイド孔１２ａが形成されており、鋼管送出装置１１から送り出された鋼管Ｗは曲げ支点部材１２のガイド孔１２ａの内周面を摺動しながら通過する。高周波加熱コイル１３は、曲げ支点部材１２から鋼管Ｗの送出方向の下流側に所定距離離間した位置に配置されるもので、中央に開口１７ａが形成された板状の架台１７に支持される。高周波加熱コイル１３に近い架台１７は、高周波加熱コイル１３からの磁束で加熱されて損傷しないように、耐熱性を有するベークライト、ガラスエポキシ、硬質プラスチック等で構成される。
【００１４】
高周波加熱コイル１３は２ターンのコイルで構成され、その内周と鋼管Ｗの外周との間に略一定の隙間が形成されるように、２個の取付ステー１９，１９を介して架台１７に固定される。高周波加熱コイル１３の両端には、それに電力を供給するための２本のケーブル２２，２２が接続される。高周波加熱コイル１３は内部にウオータジャケットが形成されており、そのウオータジャケットの両端には、冷却水を供給するための２本のホース２３，２３が接続される。
【００１５】
冷却装置１４は鋼管Ｗの外周を囲む円環状の冷却水タンク２４と、冷却水タンク２４の外周面に接続された４本の冷却水供給パイプ２５…と、冷却水タンク２４の内周面に形成された多数の冷却水噴出孔２４ａ…とを備える。
【００１６】
図５に示すように、フロントサイドフレームとして加工を完了した鋼管Ｗは、連続的に連なる前側の直線部３１と後側の屈曲部３２とで構成される。前側の直線部３１は屈曲せずに前後方向に直線状に延びている。後側の屈曲部３２は直線部３１の後端から屈曲して下方かつ車幅方向内方に延びた後、再び屈曲して後方に向かって後端まで延びている。鋼管Ｗは基本的に焼き入れ処理が施されているが、直線部３１の前後方向中間部には焼き入れ処理が施されない第２脆弱部３１ａが形成されるとともに、屈曲部３２の前後方向中間部の前寄りの位置には焼き入れ処理が施されない第１脆弱部３２ａが形成される。直線部３１の第２脆弱部３１ａの近傍に、エンジンおよびトランスミッションを結合したパワーユニット３３がマウント部材３４を介して弾性支持される。また屈曲部３２の上面にはダッシュボードロアパネル３５が結合されており、その前端は第１脆弱部３２ａの後側に位置している。
【００１７】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００１８】
鋼管送出装置１１から送り出された鋼管Ｗは、曲げ支点部材１２、高周波加熱コイル１３および冷却装置１４を通過した位置でロボットよりなる曲げ装置１５のクランプアームに把持される。高周波加熱コイル１３にケーブル２２，２２を介して高周波電流を供給すると、高周波加熱用コイル１３の周囲に形成される磁界によって鋼管Ｗの内部に渦電流が発生し、鋼管Ｗがジュール熱によりＡ３変態点以上の温度に加熱される。従って、鋼管Ｗを連続的に送りながら曲げ装置１５により鋼管Ｗに加える曲げモーメントを制御することで、鋼管Ｗの加熱された部分を所望の形状に曲げてフロントサイドフレームの形状に加工することができる。このようにして曲げ加工された鋼管Ｗは、冷却装置１４の冷却水タンク２４の冷却水噴出孔２４ａ…から噴出する冷却水で急冷されて焼き入れ処理されるため、鋼管Ｗの曲げ加工および焼き入れ処理を連続的に行うことができる
尚、通電により高周波加熱コイル１３自体も発熱して高温になるが、その内部にホース２３，２３を介して冷却水を供給することで、高周波加熱コイル１３の過熱を防止することができる。
【００１９】
鋼管Ｗの直線部３１は直線状に延びているために曲げ加工を行う必要はないが、フロントサイドフレームに要求される強度を得るために、直線部３１に焼き入れ処理を行う必要がある。そこで、高周波加熱コイル１３による鋼管Ｗの加熱と、冷却装置１４による鋼管Ｗの冷却とを行い、曲げ装置１５による曲げ加工を行わないことで、直線部３１に焼き入れ処理を施す。但し、直線部３１の第２脆弱部３１ａだけは、そこが高周波加熱コイル１３を通過するときに通電を停止して加熱を行わないことで、焼き入れ処理が施されない。このように、直線部３１は直線形状であるため、曲げ加工および焼き入れ処理を行う際に、部分的に焼き入れ処理が施されない第２脆弱部３１ａを形成することができる。
【００２０】
一方、鋼管Ｗの屈曲部３２は全長に亙って屈曲するため、その一部の加熱を行わないことで第１脆弱部３２ａを形成することはできない。なぜならば、加熱を行わない部分は曲げ加工することができないからである。そこで、鋼管Ｗの屈曲部３２は、第１脆弱部３２ａを含む全体に焼き入れ処理を施した後、後工程で一部を焼き鈍し処理して第１脆弱部３２ａを形成する。
【００２１】
図６に示すように、高周波加熱コイル３６を鋼管Ｗの外周に緩く嵌合させて移動させ、高周波加熱コイル３６が屈曲部３２の第１脆弱部３２ａを通過するときだけ通電することで、第１脆弱部３２ａだけを加熱する。そして加熱部を徐冷して焼き鈍し処理を行うことで、屈曲部３２に焼き入れ処理が施されていない第１脆弱部３２ａを形成することができる。
【００２２】
以上のようにして、鋼管Ｗの直線部３１に第２脆弱部３１ａを形成し、鋼管Ｗの屈曲部３２に第１脆弱部３２ａを形成することができる。
【００２３】
図７は、車両の前面衝突時における車体前部の変形状態を示すものである。図７（Ａ）は鋼管（フロントサイドフレーム）Ｗが直線部３１の第２脆弱部３１ａだけを備えていて、屈曲部３２の第１脆弱部３２ａを備えていない比較例を示すもので、鋼管Ｗは第２脆弱部３１ａにおいて折れ曲がっている。一方、図７（Ｂ）は鋼管（フロントサイドフレーム）Ｗが直線部３１の第２脆弱部３１ａおよび屈曲部３２の第１脆弱部３２ａの両方を備えている実施の形態を示すもので、鋼管Ｗは第２脆弱部３１ａおよび第１脆弱部３２ａにおいて折れ曲がっている。
【００２４】
その結果、衝撃吸収ストロークは実施の形態の方が比較例よりもΔＬだけ大きくなり、その分だけ実施の形態の衝撃吸収性能を高めることができる。しかも屈曲部３２の第１脆弱部３２ａはダッシュボードロアパネル３５の前端よりも前方に位置するので、屈曲部３２の第１脆弱部３２ａが折れ曲がっても、その後方のダッシュボードロアパネル３５の変形、すなわち車室の変形を最小限に抑えることができる。
【００２５】
以上のように、鋼管Ｗを熱間加工装置で曲げ加工および焼き入れ処理して自動車のフロントサイドフレームを形成した後に、鋼管Ｗの屈曲部３２に第１脆弱部３２ａを後加工することで、自動車の前面衝突時にフロントサイドフレームを構成する鋼管Ｗを屈曲部３２において折り曲げることが可能となり、衝撃吸収ストロークを増加させて衝撃吸収性能を高めることができる。しかも焼き鈍し処理によって形成される第１脆弱部３２ａは内部応力が除去されて均一に軟化された内部組織となり、通常時には車体剛性を確保しながら、衝突荷重の入力時には第１脆弱部３２ａの断面全体で衝突エネルギーを吸収することができる。
【００２６】
また鋼管Ｗは屈曲部３２の前方に連なる直線部３１に第２脆弱部３１ａを備えるので、自動車の前面衝突時に鋼管Ｗの屈曲部３２を第１脆弱部３２ａで折り曲げるとともに、直線部３１を第２脆弱部３１ａで折り曲げることで、衝撃吸収ストロークを充分に確保して衝撃吸収性能を高めることができる。しかも第２脆弱部３１ａは熱間加工装置で直線部３１の加熱を部分的に停止することで形成されるので、第２脆弱部３１ａを後加工する必要がなくなって加工工数を削減することができる。
【００２７】
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。
【符号の説明】
【００２８】
Ｗ          鋼管
１１        鋼管送出装置
１３        高周波加熱コイル
１４        冷却装置
１５        曲げ装置
３１        直線部
３１ａ      第２脆弱部
３２        屈曲部
３２ａ      第１脆弱部
３５        ダッシュボードロアパネル
【図１】
0005695454.tif 000002
【図２】
0005695454.tif 000003
【図３】
0005695454.tif 000004
【図４】
0005695454.tif 000005
【図５】
0005695454.tif 000006
【図６】
0005695454.tif 000007
【図７】
0005695454.tif 000008